本文關(guān)鍵詞：基于光子晶體光纖和紅外吸收光譜的氣體傳感系統(tǒng)的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：本論文研究課題來源于國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目,項(xiàng)目名稱:深部采動(dòng)下紅外瓦斯傳感特性致變模式及自適應(yīng)檢測(cè)機(jī)制研究,編號(hào):61307124。痕量氣體檢測(cè)在工業(yè)過程控制、環(huán)境保護(hù)、安全生產(chǎn)、國防等領(lǐng)域具有重要的作用�；诩す馕展庾V的氣體傳感器具有檢測(cè)靈敏度高、選擇性好等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí),空芯帶隙光子晶體光纖由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu),可以為光與氣體相互作用提供理想的場(chǎng)所,在非線性光學(xué)、氣體傳感、痕量氣體檢測(cè)等研究領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。從理論與實(shí)驗(yàn)的角度,本論文研究設(shè)計(jì)了基于空芯帶隙光子晶體光纖和紅外吸收光譜的氣體傳感系統(tǒng),分析了光子晶體光纖中慢光效應(yīng)對(duì)氣體傳感性能的影響,建立了氣體傳感系統(tǒng),并針對(duì)乙炔氣體開展了濃度測(cè)量實(shí)驗(yàn)。論文主要研究內(nèi)容如下:1.對(duì)光子晶體光纖開展了理論計(jì)算與分析。運(yùn)用平面波展開法計(jì)算了二維光子晶體帶隙形成條件,研究了光子晶體光纖的基本導(dǎo)光性質(zhì),計(jì)算了帶隙型光纖的模場(chǎng)分布,估算了帶隙型光纖與單模光纖之間的光強(qiáng)耦合效率,為研究設(shè)計(jì)光子晶體光纖氣體傳感系統(tǒng)奠定了一定的理論基礎(chǔ)。2.計(jì)算了光子晶體光纖中慢光效應(yīng)對(duì)氣體傳感的影響。首先,運(yùn)用微流控技術(shù),設(shè)計(jì)了一種可調(diào)諧的空芯帶隙光子晶體光纖,計(jì)算了光纖模場(chǎng)分布及其色散、群折射率等特性。其次,運(yùn)用有限元方法,針對(duì)設(shè)定氣體的不同消光系數(shù),計(jì)算了在不同光流體填充下的增強(qiáng)吸收因子,分析了光子晶體光纖中慢光效應(yīng)對(duì)增強(qiáng)光與物質(zhì)反應(yīng)的影響,證實(shí)了慢光效應(yīng)能夠增強(qiáng)物質(zhì)對(duì)光的吸收作用。最后,以氨氣和乙炔為例,說明如何調(diào)諧光纖模式,使其與氣體的吸收譜線相匹配。3.分析設(shè)計(jì)了基于光子晶體光纖和紅外吸收光譜的氣體傳感系統(tǒng),主要包括光纖傳感光路、激光器驅(qū)動(dòng)電路、后端信號(hào)檢測(cè)電路等。首先,采用空芯帶隙光子晶體光纖與單模光纖作為傳感光路,優(yōu)化設(shè)計(jì)了光纖耦合系統(tǒng);選擇DFB激光器作為光源,自主研制了基于數(shù)字PID的激光器驅(qū)動(dòng)電路,實(shí)現(xiàn)了對(duì)激光器的波長調(diào)制;針對(duì)后端信號(hào)檢測(cè)部分,采用程控放大器對(duì)信號(hào)進(jìn)行差分放大,實(shí)現(xiàn)了量程可調(diào);設(shè)計(jì)并開發(fā)了數(shù)字鎖相放大器,可用于提取二次諧波信號(hào)。4.建立了基于光子晶體光纖和紅外吸收光譜的氣體傳感系統(tǒng);采用乙炔為目標(biāo)氣體,選擇1534.099 nm為其吸收譜線,開展了氣體測(cè)量實(shí)驗(yàn)及分析。參照配氣標(biāo)準(zhǔn),配備了濃度為500~2600 ppmv的標(biāo)準(zhǔn)氣體,開展了乙炔濃度測(cè)量實(shí)驗(yàn),得到了二次諧波信號(hào)的幅值與乙炔濃度的關(guān)系曲線。結(jié)果顯示,該系統(tǒng)能夠較好地測(cè)量乙炔濃度。
【關(guān)鍵詞】：光子晶體光纖 紅外吸收光譜 慢光 氣體傳感器
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP212
【目錄】：

• 摘要4-6
• abstract6-11
• 第一章 緒論11-25
• 1.1 光子晶體光纖氣體傳感的研究意義11-13
• 1.2 光子晶體光纖氣體傳感的國內(nèi)外研究進(jìn)展13-21
• 1.3 光子晶體光纖氣體傳感的關(guān)鍵技術(shù)21-22
• 1.4 論文的主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)22-25
• 1.4.1 論文的主要研究內(nèi)容23-24
• 1.4.2 論文的創(chuàng)新點(diǎn)24-25
• 第二章 光子晶體光纖的理論分析25-44
• 2.1 二維光子晶體帶隙的計(jì)算25-28
• 2.2 光子晶體光纖分類28-29
• 2.3 全反射型光子晶體光纖的理論計(jì)算29-32
• 2.4 帶隙型光子晶體光纖的理論計(jì)算32-37
• 2.4.1 帶隙型光纖的帶隙計(jì)算32-35
• 2.4.2 計(jì)算晶格參數(shù)對(duì)帶隙型光纖導(dǎo)光特性的影響35-37
• 2.5 光纖間模場(chǎng)耦合效率計(jì)算37-43
• 2.5.1 帶隙型光子晶體光纖模場(chǎng)計(jì)算37-39
• 2.5.2 光纖間模場(chǎng)耦合效率計(jì)算39-43
• 2.6 本章小結(jié)43-44
• 第三章 慢光效應(yīng)對(duì)氣體傳感的影響分析44-56
• 3.1 慢光原理44-45
• 3.2 紅外吸收光譜氣體傳感理論45-46
• 3.3 可調(diào)諧光子晶體光纖設(shè)計(jì)46-50
• 3.4 慢光增強(qiáng)吸收因子計(jì)算50-54
• 3.5 氣體傳感與可調(diào)諧光纖實(shí)例54-55
• 3.6 本章小結(jié)55-56
• 第四章 氣體傳感系統(tǒng)的設(shè)計(jì)56-78
• 4.1 總體設(shè)計(jì)56-57
• 4.2 波長調(diào)制技術(shù)57-58
• 4.3 激光器選擇及其驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)58-61
• 4.4 光子晶體光纖選擇及光路設(shè)計(jì)61-65
• 4.5 氣室設(shè)計(jì)及氣密性驗(yàn)證65-66
• 4.6 紅外探測(cè)器及其驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)66-68
• 4.7 信號(hào)處理電路設(shè)計(jì)68-76
• 4.7.1 前置濾波、差分放大、濾波電路69-72
• 4.7.2 數(shù)字信號(hào)處理模塊72-76
• 4.8 電源設(shè)計(jì)76-77
• 4.10 本章小結(jié)77-78
• 第五章 氣體檢測(cè)實(shí)驗(yàn)及分析78-87
• 5.1 乙炔吸收譜線的選擇78-79
• 5.2 氣體測(cè)量實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與配氣方法79-81
• 5.2.1 光子晶體光纖氣體傳感系統(tǒng)79-81
• 5.2.2 配氣方法81
• 5.3 乙炔測(cè)量實(shí)驗(yàn)81-86
• 5.4 本章小結(jié)86-87
• 第六章 總結(jié)與展望87-90
• 6.1 主要研究內(nèi)容與結(jié)論87-88
• 6.2 論文創(chuàng)新點(diǎn)88
• 6.3 工作展望88-90
• 參考文獻(xiàn)90-96
• 作者簡介及科研情況96-98
• 致謝98

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：287739