【摘要】：基于倏逝場(chǎng)調(diào)制原理的光纖傳感器具有設(shè)備體積小、制備過(guò)程簡(jiǎn)單、可以遠(yuǎn)程操作、抗電磁干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。其中,將特定的聚合物包層材料與石英光纖結(jié)合制備的復(fù)合光纖傳感器,既可以實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖中傳輸光信號(hào)的光強(qiáng)和偏振態(tài)進(jìn)行調(diào)制,也可以實(shí)現(xiàn)傳輸光對(duì)聚合物材料光學(xué)性質(zhì)的調(diào)控。目前,使用聚合物-石英復(fù)合光纖制作的針對(duì)小分子的熒光檢測(cè)光纖探針已經(jīng)被廣泛應(yīng)用并具有良好的檢測(cè)范圍和檢測(cè)靈敏度。出于簡(jiǎn)化制備過(guò)程以及提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等方面的考慮,本論文工作選擇了光纖錐結(jié)構(gòu)來(lái)制備復(fù)合光纖探針。首先根據(jù)理論設(shè)計(jì)合成了可以用來(lái)制作復(fù)合光纖的偶氮苯聚合物,并對(duì)其與光纖傳輸光之間的相互作用進(jìn)行了研究。之后,又探索了光纖錐的制作工藝,得到性能優(yōu)異的待復(fù)合光纖錐結(jié)構(gòu),在熒光聚合物與光纖錐復(fù)合制備聚合物-石英復(fù)合光纖熒光傳感器后,通過(guò)不同聚合物熒光材料的熒光響應(yīng)性完成各種特殊化合物的檢測(cè)。在復(fù)合過(guò)程中,由于聚合物有機(jī)材料和光纖無(wú)機(jī)石英材料之間的不相容性,在聚合物和石英光纖之間的界面處存在著相分離的問(wèn)題。為解決這一問(wèn)題,本論文提出了光鍍方法,即通過(guò)對(duì)預(yù)聚液折射率和光聚合反應(yīng)條件的理論設(shè)計(jì)后,利用光纖表面產(chǎn)生的倏逝場(chǎng)引發(fā)預(yù)聚液的光化學(xué)反應(yīng),在光纖表面通過(guò)化學(xué)鍵連接的方式進(jìn)行聚合物與石英光纖的復(fù)合。得到具有特殊熒光響應(yīng)性的穩(wěn)定復(fù)合光纖錐探針后,論文探索了聚合物-石英復(fù)合光纖錐熒光傳感器在TNT蒸氣檢測(cè)和生物參數(shù)檢測(cè)方面的應(yīng)用,并初步探索了復(fù)合光纖傳感探針在血液檢測(cè)和胃癌檢測(cè)中的應(yīng)用。相關(guān)研究工作的具體內(nèi)容和主要結(jié)果如下:1、合成了含有聚倍半硅氧烷(POSS)和偶氮苯單元的三元共聚物,并制備了偶氮苯聚合物-石英復(fù)合光纖偏振器,利用偶氮苯聚合物的光致異構(gòu)和光致取向?qū)?fù)合光纖中傳輸光光強(qiáng)和偏振態(tài)進(jìn)行調(diào)制,并通過(guò)控制所涂覆的偶氮苯聚合物的折射率大小精確控制復(fù)合光纖中光學(xué)信號(hào)的調(diào)制范圍,同時(shí)為進(jìn)一步開(kāi)展聚合物-石英復(fù)合光纖的研究奠定了理論和實(shí)驗(yàn)技術(shù)的基礎(chǔ)。2、探索了光纖錐的制作工藝,得到性能穩(wěn)定的光纖錐結(jié)構(gòu)。在光纖錐表面通過(guò)化學(xué)反應(yīng)接上可進(jìn)行“點(diǎn)擊”聚合的功能團(tuán),使其能夠參與倏逝場(chǎng)引發(fā)預(yù)聚液進(jìn)行的“點(diǎn)擊”聚合,通過(guò)巰基-烯(thiol-ene)反應(yīng)將聚合物包層鍵接到光纖表面,形成聚合物-石英復(fù)合光纖所要求的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。為了實(shí)現(xiàn)具體的應(yīng)用,在光纖錐表面通過(guò)光聚合反應(yīng)鍍上含有四乙烯基卟啉衍生物的交聯(lián)多孔聚合物層,使其能夠?qū)Ρㄎ颰NT蒸氣進(jìn)行檢測(cè),得到了預(yù)想的檢測(cè)結(jié)果。3、設(shè)計(jì)合成了含有雙鍵的熒光素類(lèi)響應(yīng)分子,并基于“點(diǎn)擊”反應(yīng)機(jī)理將其結(jié)合到聚合物包層中去,再結(jié)合實(shí)驗(yàn)室己建立的光纖熒光傳感系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了對(duì)生物組織pH等參數(shù)的檢測(cè)。4、初步探索了聚合物-石英復(fù)合光纖錐探頭的制備及其在血液檢測(cè)和胃癌檢測(cè)方面的應(yīng)用。首先對(duì)聚合物-石英復(fù)合光纖錐探針進(jìn)行保護(hù),之后將其與待測(cè)生物樣品接觸,利用光譜分析儀對(duì)檢測(cè)到的熒光進(jìn)行分析,得到待測(cè)樣品的熒光光譜信息,再根據(jù)不同生物樣品之間的熒光信號(hào)差異,實(shí)現(xiàn)聚合物-石英復(fù)合光纖錐熒光傳感器在醫(yī)療檢測(cè)方面的具體應(yīng)用。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：O657.3;TP212
【圖文】：

數(shù)值孔徑越大，光纖的集光能力越強(qiáng)，入射角范圍也就越寬。一般，石英光纖的逡逑ＮＡ邋在邋０．２￣０．４。逡逑如圖１．２，按光纖模式分類(lèi)，石英光纖可以分為單模光纖和多模光纖，兩者中逡逑光的傳播途徑和方式不同，主要差別在于：逡逑１、單模光纖纖芯通常比較�。ㄖ睆絻H有幾微米），只能傳輸－個(gè)空間模式（不逡逑考慮該模式包含兩個(gè)不同的偏振方向），該模式形狀大多數(shù)情況下為高斯型。改逡逑變?nèi)肷錀l件僅僅會(huì)改變射入光纖中導(dǎo)模的強(qiáng)度，而從光纖中出射光的空間分布是逡逑２逡逑

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本文編號(hào)：2797124