微結(jié)構(gòu)光纖也被稱為光子晶體光纖(當(dāng)光纖中的孔周期排列時(shí)),由沿著整個(gè)光纖長度方向排列的空氣孔組成,提供許多傳統(tǒng)光纖不能提供的新功能。由于獨(dú)特的幾何結(jié)構(gòu),微結(jié)構(gòu)光纖的特殊性能在傳感應(yīng)用中展現(xiàn)出了杰出的潛力。本文從理論和實(shí)驗(yàn)方面研究了利用微結(jié)構(gòu)光纖的氣體傳感器,并設(shè)計(jì)和分析了利用微結(jié)構(gòu)光纖的表面等離子體共振傳感器實(shí)現(xiàn)折射率和溫度的傳感。主要內(nèi)容包括以下幾部分:1.氣體傳感器在理論上,我們分析了亞波長懸浮纖芯的微結(jié)構(gòu)光纖在氣體傳感領(lǐng)域的應(yīng)用。對(duì)光纖參數(shù)和材料折射率對(duì)傳感器的相對(duì)靈敏度,有效模場面積和限制損耗的影響做了分析。確定了該光纖發(fā)展成為具有高靈敏度,大有效模場面積和低損耗的氣體傳感器的可能。在實(shí)驗(yàn)上,我們利用光子帶隙型微結(jié)構(gòu)光纖和波分復(fù)用器,設(shè)計(jì)了一個(gè)三點(diǎn)探測的乙炔氣體傳感器,選用乙炔氣體的三個(gè)吸收峰:1530.371nm、1532.830和1536.712nm,實(shí)現(xiàn)同時(shí)探測了三個(gè)氣體室的氣體吸收光譜。2.折射率傳感器我們提出了基于六孔微結(jié)構(gòu)光纖表面等離子體共振的折射率傳感器,該光纖的大孔非常方便進(jìn)行鍍膜和分析物的填充的操作,分析了光纖材料折射率對(duì)傳感器靈敏度的影響。我們研究了基于暴露芯微結(jié)構(gòu)光纖表面等離子體共振傳感器,分析了該傳感器在探測分析物的折射率從1.33到1.42范圍內(nèi)的傳感特性。為了解決在微結(jié)構(gòu)光纖表面等離子體共振傳感器存在的相位匹配和分析物填充的問題,我們提出了基于D型空芯的微結(jié)構(gòu)光纖表面等離子體共振傳感器,并分析了纖芯的空氣孔對(duì)傳感器在波長,振幅和相位下檢測的靈敏度的影響。3.溫度傳感器我們提出了利用六孔微結(jié)構(gòu)光纖表面等離子體共振的溫度傳感器。光纖孔內(nèi)鍍銀膜或填充銀線,利用較大熱-光系數(shù)的混合液體(乙醇和氯仿)作為傳感介質(zhì),獲得了較高的溫度靈敏度。
【學(xué)位單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TP212
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 光纖傳感器的原理與分類
        1.1.1 外置式光纖傳感器
        1.1.2 內(nèi)置式光纖傳感器
    1.2 微結(jié)構(gòu)光纖
        1.2.1 折射率引導(dǎo)型微結(jié)構(gòu)光纖
        1.2.2 光子帶隙型微結(jié)構(gòu)光纖
    1.3 微結(jié)構(gòu)光纖在傳感領(lǐng)域的應(yīng)用
        1.3.1 物理傳感器
        1.3.2 生物化學(xué)傳感器
    1.4 論文的主要內(nèi)容
第二章 折射率引導(dǎo)型微結(jié)構(gòu)光纖氣體傳感器
    2.1 光纖氣體傳感器原理
    2.2 常見的光纖氣體傳感器
        2.2.1 單模光纖氣體傳感器
        2.2.2 D型光纖氣體傳感器
        2.2.3 錐型光纖氣體傳感器
        2.2.4 納米線光纖氣體傳感器
        2.2.5 微結(jié)構(gòu)光纖氣體傳感器
    2.3 懸浮芯光纖氣體傳感器
        2.3.1 懸浮芯光纖氣體傳感器設(shè)計(jì)與模擬
        2.3.2 光纖結(jié)構(gòu)對(duì)傳感器相對(duì)靈敏度的影響
        2.3.3 光纖結(jié)構(gòu)對(duì)傳感器有效模場面積的影響
        2.3.4 光纖結(jié)構(gòu)對(duì)傳感器限制損耗的影響
        2.3.5 本節(jié)小結(jié)
    2.4 本章小結(jié)
第三章 光子帶隙型微結(jié)構(gòu)光纖氣體傳感器
    3.1 光子帶隙型微結(jié)構(gòu)光纖氣體傳感器原理
    3.2 光子帶隙型微結(jié)構(gòu)光纖氣體傳感研究
        3.2.1 光纖的結(jié)構(gòu)和參數(shù)
        3.2.2 氣體室的設(shè)計(jì)
        3.2.3 乙炔氣體檢測
        3.2.4 乙炔氣體多點(diǎn)檢測
        3.2.5 本節(jié)小結(jié)
    3.3 本章小結(jié)
第四章 微結(jié)構(gòu)光纖表面等離子體共振折射率傳感器
    4.1 表面等離子體共振原理
    4.2 光纖表面等離子體共振傳感器
    4.3 微結(jié)構(gòu)光纖表面等離子體共振傳感器
    4.4 六孔微結(jié)構(gòu)光纖表面等離子體共振折射率傳感器
        4.4.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與模擬
        4.4.2 結(jié)果與分析
        4.4.3 本節(jié)小結(jié)
    4.5 暴露纖芯的微結(jié)構(gòu)光纖表面等離子體共振折射率傳感器
        4.5.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與模擬
        4.5.2 結(jié)果與討論
        4.5.3 本節(jié)小結(jié)
    4.6 D型空芯微結(jié)構(gòu)光纖表面等離子體共振折射率傳感器
        4.6.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與模擬
        4.6.2 結(jié)果與討論
        4.6.3 本節(jié)小結(jié)
    4.7 本章小結(jié)
第五章 微結(jié)構(gòu)光纖表面等離子體共振溫度傳感器
    5.1 表面等離子體共振溫度傳感器原理
    5.2 六孔微結(jié)構(gòu)光纖的表面等離子體共振溫度傳感器
        5.2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與模擬
        5.2.2 結(jié)果與分析
        5.2.3 本節(jié)小結(jié)
    5.3 填充銀線的微結(jié)構(gòu)光纖表面等離子體共振溫度傳感器
        5.3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與模擬
        5.3.2 結(jié)果與分析
        5.3.3 本節(jié)小結(jié)
    5.4 本章小結(jié)
總結(jié)與展望
參考文獻(xiàn)
發(fā)表論文和科研情況說明
致謝

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