發(fā)布時間：2023-06-15 18:21

　　光譜分析是研究物質特性和組分的重要分析技術,在各個領域有著應用廣泛。本文對高靈敏光譜測量與物質分析檢測中的理論、關鍵技術和儀器設計等問題進行探討和研究。研究的目標是探尋基于光波導的高靈敏光譜檢測方法,實現(xiàn)微量物質的靈敏檢測。本文充分利用了光波導的各種特性,實現(xiàn)了高靈敏的光譜檢測方法和高性能的光譜儀器,這包括:利用雙面金屬包覆波導的場增強效應實現(xiàn)了微弱光信號的增強;利用雙面金屬包覆波導的衰減全反射(ATR)曲線對結構的靈敏響應實現(xiàn)了物質的痕量檢測;利用雙面金屬包覆波導的波長選擇特性實現(xiàn)高精度的快速波長定標;利用光波導結構的色散特性實現(xiàn)高分辨的微型光譜儀。為了輔助測量,還搭建了一種大數(shù)值孔徑的高光通量的折疊透射式光譜儀。本文的主要工作包括如下:(1)探討了利用雙面金屬包覆波導實現(xiàn)對微弱信號光增強的可行性。理論分析了金屬包覆波導的電磁場增強的機理,包括金屬包覆平板光波導結構在導模激發(fā)時使激發(fā)光在其導波層產生共振,形成對激發(fā)場的增強,以及點光源輻射在光波導結構中的輻射場增強。對這兩個過程進行了理論推導并根據(jù)該理論模擬計算了平行光入射時波導中的場強分布,和點光源置于導波層中時的場強分布。模擬和計...

【文章頁數(shù)】：138 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 本文研究目標
    1.2 高靈敏的光譜檢測方法
        1.2.1 增大樣品與光的相互作用距離的高靈敏度檢測方法
        1.2.2 表面增強方法
        1.2.3 共振增強方法
    1.3 高性能的光譜儀器研究現(xiàn)狀
        1.3.1 通過對波長定標方法的改善提高光譜儀的波長準確性
        1.3.2 提高光譜儀的分辨率
        1.3.3 提高光譜儀的光通量
    1.4 光波導技術
    1.5 論文主要研究內容
第二章 利用光波導結構實現(xiàn)微弱光信號增強的模擬分析與實驗研究
    2.1 雙面金屬包覆波導中激發(fā)場增強的模擬分析
    2.2 雙面金屬包覆波導中點光源輻射場增強的模擬分析
    2.3 波導結構中光的定向出射的模擬分析
    2.4 拉曼散射增強的實驗與分析
        2.4.1 實驗裝置及樣品
        2.4.2 實驗過程
        2.4.3 實驗結果與分析
    2.5 金屬耦合層表面粗糙度對信號增強的影響
    2.6 本章小結
第三章 基于雙面金屬包覆波導和吸收光度法的高靈敏度濃度檢測方法
    3.1 測量原理和靈敏度分析
    3.2 實驗裝置及ATR測試平臺的搭建
        3.2.1 HCMW傳感器芯片設計
        3.2.2 光路設計
        3.2.3 硬件設計
        3.2.4 軟件設計
    3.3基于雙面金屬包覆波導的物質濃度測量實驗
        3.3.1 葡萄糖溶液濃度測量實驗
        3.3.2 無機磷溶液濃度測量實驗
        3.3.3 六價鉻溶液濃度測量實驗
    3.4 本章小結
第四章 基于雙面金屬包覆波導的快速高精度波長定標方法
    4.1 利用光波導實現(xiàn)波長定標的基本原理
    4.2 光波導定標器設計及分析
    4.3 波長定標方法的實驗驗證及結果分析
        4.3.1 直接定標法
        4.3.2 自校準定標法
    4.4 本章小結
第五章 基于光波導的微型高分辨率光譜儀設計
    5.1 光路原理說明
    5.2 光路設計
        5.2.1 光譜范圍分析
        5.2.2 法布里珀羅腔結構參數(shù)設計
        5.2.3 反射鏡和法布里珀羅腔膜層設計
    5.3 整機光路設計
    5.4 光譜儀定標方法
    5.5 本章小結
第六章 高光通量光譜儀設計與測試
    6.1 大數(shù)值孔徑透射光路系統(tǒng)的拉曼光譜儀設計
        6.1.1 基本光路設計
        6.1.2 物鏡設計
        6.1.3 性能分析測試
    6.2 光譜儀的軟硬件設計
        6.2.1 應用于拉曼探測的自動對焦算法設計
        6.2.2 光譜儀的硬件設計
        6.2.3 光譜儀的軟件設計
    6.3 本章小結
第七章 結論與展望
    7.1 論文工作總結
    7.2 后續(xù)研究工作
附錄1：二階散射場的推導
參考文獻
致謝
攻讀博士學位期間發(fā)表的論文及專利



本文編號：3833465