本文關(guān)鍵詞：寬光譜倏逝波型光纖化學(xué)傳感器的研究

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【摘要】：在物質(zhì)成分探測或特定物質(zhì)含量測量分析領(lǐng)域,由于倏逝波型光纖傳感器相對傳統(tǒng)光纖傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)速度快、光譜范圍寬、成本低等優(yōu)勢,已逐漸成為研究和發(fā)展的重點。本文對基于倏逝波理論的光纖化學(xué)傳感器的傳感原理進行了理論分析,提出一種超長分段結(jié)構(gòu)光纖倏逝波傳感器。運用光束傳播法對本征直形和分段結(jié)構(gòu)光波導(dǎo)進行數(shù)值模擬,構(gòu)建了寬光譜分析檢測系統(tǒng),進行相應(yīng)的實驗驗證,從理論,模擬,實驗三個方面研究基于超長分段結(jié)構(gòu)倏逝波型光纖化學(xué)傳感器的傳感特性。本文結(jié)合光纖光場分布,光吸收損耗分別得出了基于光線理論的倏逝波傳感原理。依據(jù)倏逝波傳感原理,建立了倏逝波型光纖傳感器的理論模型,運用時域有限差分光束傳播法數(shù)值分析了光纖倏逝波傳感器的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)與傳感器靈敏度關(guān)系。在理論數(shù)值分析和初步實驗研究的基礎(chǔ)上,本文設(shè)計研制了超長分段結(jié)構(gòu)倏逝波型光纖傳感器,通過化學(xué)腐蝕方法制備出不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的倏逝波傳感器,并用不同濃度亞甲基藍溶液對傳感器的靈敏度特性進行實驗驗證。實驗結(jié)果表明:倏逝波型光纖傳感器傳感區(qū)纖芯直徑越細,長度越長,分段數(shù)越多,其靈敏度越高。并應(yīng)用制作的光纖倏逝波傳感器進行水質(zhì)參數(shù)測量,研究了水質(zhì)監(jiān)測指標中的高錳酸鹽濃度和磷酸根離子濃度,建立了物質(zhì)濃度與測量吸光度的關(guān)系曲線,結(jié)果顯示二者具有良好的線性關(guān)系,為光纖倏逝波傳感器應(yīng)用于實際水質(zhì)監(jiān)測提供了理論模型,具有重要的實踐指導(dǎo)意義。制備和實驗結(jié)果表明,該傳感器大大提高了靈敏度和檢出限,并且有效解決了光纖太細而不易封裝,光纖太長而使系統(tǒng)不易設(shè)計構(gòu)造等問題。該傳感器靈敏度高、響應(yīng)速度快、結(jié)構(gòu)簡單、易制備、易封裝、重復(fù)性好,具有良好的應(yīng)用開發(fā)前景。
【關(guān)鍵詞】：光纖倏逝波 倏逝波型光纖傳感器 分段結(jié)構(gòu) 靈敏度 寬光譜 時域有限差分光束傳播法(FD-BPM) 水質(zhì)檢測
【學(xué)位授予單位】：中國計量學(xué)院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP212.2
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-13
• 1 緒論13-22
• 1.1 課題研究背景及意義13-14
• 1.2 倏逝波型光纖化學(xué)傳感器原理及發(fā)展狀況14-19
• 1.3 倏逝波型光纖化學(xué)傳感器的應(yīng)用19-20
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容與結(jié)構(gòu)安排20-21
• 1.5 本章小結(jié)21-22
• 2 光纖光學(xué)理論與倏逝波傳感原理22-33
• 2.1 階躍光纖的光線理論22-23
• 2.2 階躍光纖波導(dǎo)中的電磁場方程23-25
• 2.3 階躍光纖波導(dǎo)中的特征方程25-28
• 2.3.1 光纖纖芯中的場分布25-26
• 2.3.2 光纖包層中的場分布26-27
• 2.3.3 邊界條件及特征方程27-28
• 2.4 倏逝波傳感理論28-30
• 2.4.1 倏逝波的透射深度28-29
• 2.4.2 倏逝波傳感原理29-30
• 2.5 RSoft軟件介紹30-32
• 2.5.1 BeamPROP軟件功能簡介30-31
• 2.5.2 BeamPROP軟件使用簡介31-32
• 2.6 本章小結(jié)32-33
• 3 光纖倏逝波傳感器理論模擬分析33-43
• 3.1 本征直形倏逝波傳感器理論模擬分析33-36
• 3.1.1 理論模型及傳感原理33-34
• 3.1.2 本征直形FD-BPM數(shù)值模擬與分析34-36
• 3.2 分段結(jié)構(gòu)倏逝波傳感器理論模擬分析36-42
• 3.2.1 理論模型及傳感原理36-37
• 3.2.2 分段結(jié)構(gòu)FD-BPM模擬與分析37-42
• 3.3 本章小結(jié)42-43
• 4 超長結(jié)構(gòu)倏逝波型光纖化學(xué)傳感器的研究43-58
• 4.1 光纖腐蝕液的配制及化學(xué)腐蝕速率的測定43-46
• 4.2 倏逝波型光纖化學(xué)傳感器的制備46-49
• 4.3 實驗系統(tǒng)設(shè)計49-57
• 4.3.1 材料及儀器49-50
• 4.3.2 寬光譜測量系統(tǒng)搭建50-52
• 4.3.3 實驗結(jié)果與分析52-57
• 4.4 本章小結(jié)57-58
• 5 寬光譜倏逝波型光纖化學(xué)傳感器的應(yīng)用58-63
• 5.1 實驗材料58
• 5.2 光纖水質(zhì)高錳酸鹽檢測58-60
• 5.3 光纖水質(zhì)磷酸根離子檢測60-62
• 5.4 本章小結(jié)62-63
• 6 總結(jié)與展望63-65
• 6.1 主要工作和總結(jié)63-64
• 6.2 改進與展望64-65
• 參考文獻65-70
• 作者簡歷70

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本文編號：1049471