【摘要】：在環(huán)境監(jiān)測(cè)、生化研究、食品安全等領(lǐng)域,折射率作為影響實(shí)際生產(chǎn)加工的重要測(cè)量指標(biāo),一直是人們重點(diǎn)關(guān)注的對(duì)象。在各式各樣的折射率傳感器中,光纖折射率傳感器以其結(jié)構(gòu)小巧、測(cè)量精度高、可遠(yuǎn)距離傳輸、抗高溫且耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)逐漸成為該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。隨著社會(huì)工業(yè)化的發(fā)展,人們對(duì)折射率的測(cè)量提出了高靈敏度、大測(cè)量范圍和低成本等實(shí)際要求。本文基于法布里-珀羅干涉(FPI)原理,對(duì)開(kāi)放腔FPI傳感器和在線復(fù)合腔FPI傳感器的折射率測(cè)量方法進(jìn)行研究,并進(jìn)一步探索了在線復(fù)合腔FPI傳感器在氣液檢測(cè)方面的應(yīng)用。針對(duì)開(kāi)放腔FPI傳感器,本文提出了擴(kuò)展折射率測(cè)量范圍的方法。針對(duì)在線復(fù)合腔FPI傳感器,提出了中空纖維膜內(nèi)氣體檢測(cè)的實(shí)際應(yīng)用。主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)研究了一種基于自由光譜范圍(FSR)定位指定階次干涉谷的開(kāi)放腔FPI折射率測(cè)量方法。通過(guò)理論推導(dǎo)和Matlab仿真,從理論的角度分析了該方法的正確性;其次,通過(guò)制作開(kāi)放腔法珀結(jié)構(gòu)的傳感器,搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)并進(jìn)行實(shí)際測(cè)量,從實(shí)驗(yàn)的角度驗(yàn)證了該方法的可行性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:折射率測(cè)量范圍達(dá)到1.333～1.4RIU,較傳統(tǒng)的單峰測(cè)量方法提高了約7倍。在整個(gè)測(cè)量范圍內(nèi)傳感器呈現(xiàn)良好的線性響應(yīng)特性,靈敏度為1260.282nm/RIU,實(shí)現(xiàn)了大范圍高靈敏度的折射率測(cè)量。(2)研究了一種基于在線復(fù)合腔法珀干涉儀的折射率測(cè)量方法。分析了在線復(fù)合腔法珀干涉儀的折射率測(cè)量原理,研究了傳感器的制作工藝,搭建了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。針對(duì)三個(gè)樣品的折射率實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下:折射率為1.333～1.34RIU和1.34～1.36RIU 時(shí),折射率靈敏度分別為:-116.3dB/RIU 和-52.7dB/RIU;-198.2dB/RIU 和-63.4dB/RIU;-176.6dB/RIU 和-102.5dB/RIU。此外,溫度為20～50℃時(shí),其溫度靈敏度分別為:0.0075nm/℃、0.0075nm/℃和 0.0073nm/℃。通過(guò)分段線性擬合方法實(shí)現(xiàn)了傳感器在不同折射率范圍下的高靈敏度測(cè)量。(3)研究了基于在線復(fù)合法珀干涉儀的中空纖維膜內(nèi)氣體檢測(cè)傳感器。分析了該傳感器的氣體檢測(cè)原理,制作了氣體檢測(cè)傳感器樣品,搭建了中空纖維膜氣體檢測(cè)系統(tǒng)。測(cè)試結(jié)果表明:該傳感器可以實(shí)現(xiàn)膜內(nèi)氣體的實(shí)時(shí)檢測(cè),填補(bǔ)了中空纖維膜內(nèi)氣體原位監(jiān)測(cè)的空白。
【學(xué)位授予單位】：天津工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：O435.1;TP212
【圖文】：

ＦＰＩ傳感器的發(fā)展。逡逑２０１０年，Ｃｈｏｉ等人提出了一種雙腔法布里－珀羅光纖干涉儀［２４］。其結(jié)構(gòu)圖逡逑如圖１－２所示，該結(jié)構(gòu)的傳感頭是先在一段單模光纖和一段多模光纖之間熔接逡逑一段空心光纖，然后將多模光纖預(yù)留一定長(zhǎng)度后切斷，構(gòu)成了兩個(gè)級(jí)聯(lián)的法珀逡逑（ＦＰ）腔組成，兩個(gè)級(jí)聯(lián)的ＦＰ腔由空心光纖構(gòu)成的空氣腔和多模光纖腔構(gòu)成。逡逑實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該結(jié)構(gòu)的折射率靈敏度在１．３３￣１．４５ＲＩＵ范圍內(nèi)約為１６ｄＢ／ＲＩＵ，逡逑溫度靈敏度在為２６°Ｃ￣５００°Ｃ內(nèi)約為８．９￣１４．６ｎｍ／°Ｃ。逡逑Ｇｕｉｄｉｎｇ邋ｆｉｂｅｒ邋（ＳＭＦｊ邋ＨＯＦ邋Ｓｅｎｄｉｎｇ邋ｆｉｌｌｅｒ邋（ＭＭＦ）逡逑圖１－２基于中空纖維的ＦＰＩ傳感器逡逑２０１１年，Ｎｇｕｙｅｎ等人利用聚焦離子束（ＦＩＢ）微納加工技術(shù)，在單模光纖逡逑的側(cè)面制造了一個(gè)矩形的凹槽，使得單模光纖的尾端形成了復(fù)合ＦＰ腔，一個(gè)空逡逑氣腔和一個(gè)單模光纖腔，入射光在單模光纖中傳輸發(fā)生三光束干涉，如圖１－３逡逑所示［２５］。其中，空氣腔主要用來(lái)測(cè)量鹽水的濃度，而單模光纖腔可以用來(lái)檢測(cè)逡逑環(huán)境溫度變化

邐Ｌ２逡逑ｉＷＴ逡逑圖１－１基于ＦＰＩ傳感器的空間光路逡逑１９７６年，Ｇｉｂｂｓ等人首次提出了具有非在線介質(zhì)填充的ＦＰＩ傳感器［２２］。通逡逑過(guò)連續(xù)燃料激光器照射含鈉離子的ＦＰＩ干涉儀，在透射過(guò)程中觀察到了微分增逡逑益和滯后現(xiàn)象。該設(shè)想的提出使得法珀傳感器可以用作光放大器、儲(chǔ)存元件和逡逑限幅器。１９８２年，Ｔｏｓｈｉｈｉｋｏ邋Ｙｏｓｈｉｎｏ首次利用單模光纖構(gòu)成光纖法拍傳感器，逡逑并對(duì)該類(lèi)型的傳感器的理論分析、應(yīng)用前景和研宄方向做了比較系統(tǒng)的表述［２３］。逡逑由于光纖材料的結(jié)構(gòu)小巧、導(dǎo)光性好、可塑性強(qiáng)，光纖材料的引入大大加快了逡逑ＦＰＩ傳感器的發(fā)展。逡逑２０１０年，Ｃｈｏｉ等人提出了一種雙腔法布里－珀羅光纖干涉儀［２４］。其結(jié)構(gòu)圖逡逑如圖１－２所示，該結(jié)構(gòu)的傳感頭是先在一段單模光纖和一段多模光纖之間熔接逡逑一段空心光纖，然后將多模光纖預(yù)留一定長(zhǎng)度后切斷，構(gòu)成了兩個(gè)級(jí)聯(lián)的法珀逡逑（ＦＰ）腔組成

？娍逡逑圖１－３采用離子聚焦技術(shù)加工的開(kāi)放腔ＦＰＩ傳感器逡逑２０１３年，Ｄａｎｉｅｌ等人提出了一種基于光子晶體光纖的ＦＰＩ傳感器，如圖１－４逡逑所示［２６１。將一段光子晶體光纖與單模光纖通過(guò)放電熔接的方式熔接在一起，再逡逑對(duì)光子晶體的另一端進(jìn)行放電，使得光子晶體光纖尾端的空氣空塌陷，形成了逡逑一個(gè)具有二氧化硅膜的空氣腔。對(duì)該結(jié)構(gòu)的ＦＰＩ傳感器進(jìn)行折射率實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)逡逑結(jié)果顯示在外界折射率在１．０￣１．４７３ＲＩＵ范圍內(nèi)變化時(shí)，千涉譜的條紋對(duì)比度變逡逑化了邋４．７ｄＢｍ，即折射率靈敏度為９．９４ｄＢ／ＲＩＵ。逡逑Ａｉｒ－Ｍｉｃｒｏｃａｖｉｔｙ逡逑—＂．．．邐邐逡逑圖１４基于光子晶體光纖的ＦＰＩ傳感器逡逑２０１５年，Ｒａｎｊｂａｒ等人報(bào)道了一種新型的微硅球復(fù)合腔ＦＰＩ光纖傳感器［２７］。逡逑該傳感器可以同時(shí)測(cè)量折射率（ＲＩ）和溫度。該結(jié)構(gòu)通過(guò)使用毛細(xì)管制造的微逡逑硅球，以及微二氧化硅球和光纖之間的空氣縫隙形成復(fù)合ＦＰ腔。這種傳感器的逡逑溫度交叉靈敏度足夠小

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 饒翠娟,魏俊峰;用V棱鏡折射儀測(cè)玻璃折射率控制生產(chǎn)[J];玻璃;1988年06期

2 鄧文榮;蘭慧;衛(wèi)秋霞;;光學(xué)玻璃折射率壓力系數(shù)測(cè)定方法[J];長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械學(xué)院學(xué)報(bào);1988年04期

3 徐森祿,羊榮興,朱列偉;光纖濃度計(jì)[J];傳感技術(shù)學(xué)報(bào);1989年04期

4 周海光,林則明,陳書(shū)潮;多原子分子材料的激光感生熱致折射率光柵[J];廈門(mén)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);1989年04期

5 馮惠賢,溫金珂,唐燕生,王華馥,白令君;富鋰LiNbO_3∶Fe∶Mg晶體中的X射線折變[J];無(wú)機(jī)材料學(xué)報(bào);1989年02期

6 李芳菊;;晶體聲光衍射效應(yīng)中聲致折射率變化研究[J];渭南師范學(xué)院學(xué)報(bào);2014年23期

7 董衛(wèi)斌,姚保利,門(mén)克內(nèi)木樂(lè),王英利,鄭媛,雷銘,陳國(guó)夫;菌紫質(zhì)薄膜光致折射率變化的理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測(cè)量[J];光子學(xué)報(bào);2005年04期

8 何偉,李劍芝,梅家純;摻鍺石英光纖光致折射率變化的實(shí)驗(yàn)研究[J];無(wú)機(jī)材料學(xué)報(bào);2005年01期

9 賈振紅,地里木拉提·土爾遜,李芮;光漂白引起推拉型偶氮有機(jī)聚合物折射率變化的測(cè)量[J];光電子·激光;2001年11期

10 張春平;商美茹;;透明薄膜的微小折射率變化的測(cè)量[J];光電子.激光;1985年03期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 王雨雷;呂志偉;何偉明;;強(qiáng)激光在非線性介質(zhì)中的自聚焦特性[A];江蘇、山東、河南、江西、黑龍江五省光學(xué)（激光）聯(lián)合學(xué)術(shù)'05年會(huì)論文集[C];2005年

2 操秀霞;周顯明;何林;孟川民;李緒海;徐亮;王媛;劉利新;;沖擊壓縮下藍(lán)寶石的光輻射特性及折射率變化行為研究[A];第十八屆中國(guó)高壓科學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議縮編文集[C];2016年

3 馬云;李澤仁;胡紹樓;李加波;汪小松;陳宏;翁繼東;劉俊;俞宇穎;宋萍;向曜民;;用作VISAR窗口的LiF晶體折射率變化修正因子[A];中國(guó)工程物理研究院科技年報(bào)(2008年版)[C];2009年

4 孫小燕;胡友旺;段吉安;;飛秒激光加工光學(xué)器件研究進(jìn)展[A];2009中國(guó)功能材料科技與產(chǎn)業(yè)高層論壇論文集[C];2009年

5 趙勇;張玉艷;李星;;基于磁流體的長(zhǎng)周期光纖光柵電壓傳感器研究[A];中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)第十二屆青年學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2010年

6 宋牟平;謝杭;楊紀(jì)超;;雙層硅基馬赫-曾德?tīng)栯姽庹{(diào)制器的動(dòng)態(tài)性能[A];中國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)2011年學(xué)術(shù)大會(huì)摘要集[C];2011年

7 趙全忠;林耿;邱建榮;;飛秒激光誘導(dǎo)透明材料折射率變化進(jìn)展(英文)[A];中國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)2011年學(xué)術(shù)大會(huì)摘要集[C];2011年

8 江曉清;陳克堅(jiān);唐奕;楊?lèi)?ài)齡;李錫華;楊建義;王明華;;光注入全內(nèi)反射型全光開(kāi)關(guān)[A];全國(guó)第十一次光纖通信暨第十二屆集成光學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議（OFCIO’2003）論文集[C];2003年

9 王子華;張輝;王榮彬;;周期性折射率變化的非線性平面光波導(dǎo)的空間光孤子傳輸[A];全國(guó)第十次光纖通信暨第十一屆集成光學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議（OFCIO’2001）論文集[C];2001年

10 譚嬋源;黃耀熊;;溶液折射率與其溫度和濃度的關(guān)系研究[A];廣東省生物物理學(xué)會(huì)2013年學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2013年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前9條

1 陳耀飛;模式干涉型光纖折射率和磁場(chǎng)傳感器的研究[D];天津大學(xué);2017年

2 鄧敏;功能性高分子水凝膠的制備與性能研究[D];湖北大學(xué);2018年

3 王帥;基于微納光子結(jié)構(gòu)的折射率傳感器研究[D];鄭州大學(xué);2019年

4 丁金妃;光纖光柵折射率傳感技術(shù)研究[D];浙江大學(xué);2006年

5 鄧詩(shī)濤;變折射率介質(zhì)中的光傳輸及像質(zhì)評(píng)價(jià)[D];浙江大學(xué);2008年

6 沈驍;增益—折射率復(fù)合導(dǎo)引大模場(chǎng)光纖的設(shè)計(jì)、制備與增益特性研究[D];南京郵電大學(xué);2016年

7 賈秀麗;周期納米結(jié)構(gòu)的異常折射率和完美吸收特性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

8 田振男;基于飛秒激光直寫(xiě)微光學(xué)元件的設(shè)計(jì)與制備研究[D];吉林大學(xué);2017年

9 馬濤;微納結(jié)構(gòu)光學(xué)諧振腔的生化傳感技術(shù)研究[D];北京郵電大學(xué);2017年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 楊丹;微結(jié)構(gòu)光纖法珀干涉儀折射率測(cè)量方法研究[D];天津工業(yè)大學(xué);2019年

2 曹紹情;基于側(cè)邊拋磨技術(shù)的高靈敏度光纖表面等離子體共振折射率和溫度傳感器[D];深圳大學(xué);2018年

3 楊露;開(kāi)放式光纖馬赫—曾德?tīng)柛缮鎯x折射率傳感器的研究[D];天津工業(yè)大學(xué);2019年

4 吳麗君;多芯光纖拉錐的折射率傳感及分光特性研究[D];武漢理工大學(xué);2018年

5 錢(qián)文華;ZnO/Zn_(1-x)Mg_xO非對(duì)稱雙量子阱中電子的帶間躍遷光吸收及折射率變化[D];內(nèi)蒙古大學(xué);2018年

6 張雪峗;基于光學(xué)相干的油品色散及其補(bǔ)償研究[D];西安工業(yè)大學(xué);2018年

7 李松曉;SiO_xN_y光學(xué)薄膜折射率漸變特性研究[D];西安工業(yè)大學(xué);2018年

8 鄧澤群;具有溫度補(bǔ)償?shù)男滦凸饫wSPR折射率傳感器研究[D];東北大學(xué);2015年

9 梁佩;基于反射式雙錐形光纖折射率傳感器的實(shí)驗(yàn)與研究[D];山東大學(xué);2018年

10 鄭坤杰;基于液體填充空心布拉格光纖的折射率傳感技術(shù)研究[D];曲阜師范大學(xué);2018年

本文編號(hào)：2769775