高靈敏度光學(xué)折射率傳感系統(tǒng)的研制.pdf

1、碩士學(xué)位論文高靈敏度光學(xué)折射率傳感系統(tǒng)的研制InvestigationofHighsensitivityopticalrefractiveindexsensingsystem學(xué)號(hào)：21302072完成日期：20166大連理工大學(xué)DalianUniversityofTechnology大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要光學(xué)傳感技術(shù)在光通信技術(shù)的發(fā)展中孕育而生，并逐漸演變成為一個(gè)衡量國家信息化程度的重要標(biāo)志。光學(xué)傳感器具有高靈敏度、耐腐蝕、抗電磁

2、干擾、傳輸損耗小等顯著優(yōu)勢，越來越引起人們的關(guān)注，已被廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測、智能電網(wǎng)、和生物傳感等領(lǐng)域。目前，隨著光學(xué)解調(diào)技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，光學(xué)傳感技術(shù)已經(jīng)越來越成熟，很多機(jī)理的傳感器已經(jīng)商業(yè)化。但是，為了提高光學(xué)傳感的性能和功能，人們對(duì)光學(xué)傳感器研究沒有停下腳步，新的傳感結(jié)構(gòu)、傳感機(jī)理的光學(xué)傳感不斷出現(xiàn)。本論文主要闡述碩士研究生期間的自己做的一些工作，包括對(duì)基于表面等離激元共振(SPR)機(jī)理的光學(xué)傳感系統(tǒng)進(jìn)行搭建，和基于彎曲光纖的傳感器進(jìn)

3、行設(shè)計(jì)，以及對(duì)兩種不同機(jī)理的折射率傳感器進(jìn)行理論推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)探究，主要內(nèi)容如下：1SPR技術(shù)以其靈敏度高、需要樣品量少、樣品不需要進(jìn)行標(biāo)記等優(yōu)勢很快被國內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)所關(guān)注。本文中從基礎(chǔ)理論出發(fā)，開始推導(dǎo)產(chǎn)生SPR現(xiàn)象的條件，然后根據(jù)條件來進(jìn)行編程模擬，選擇用于搭建儀器的合適參數(shù)和材料，并最終從硬件和軟件兩方面著手開始設(shè)計(jì)基于角度式的表SPR光學(xué)傳感分析儀器：使用基于Kretchmann結(jié)構(gòu)的棱鏡作為傳感核心結(jié)構(gòu)，然后布局激光器、旋轉(zhuǎn)臺(tái)、探

4、測器等設(shè)施，并通過微機(jī)對(duì)它們進(jìn)行軟件控制，達(dá)到我們所設(shè)的要求。最后我們對(duì)搭建完成的系統(tǒng)進(jìn)行了評(píng)估：系統(tǒng)在長時(shí)間的工作下穩(wěn)定性達(dá)到我們的預(yù)設(shè)，并且在在角度分辨率設(shè)定為000375。情況下，對(duì)不同折射率鹽溶液的共振角分析結(jié)果可以知道，折射率與共振角之間擁有非常好的線性特性，系統(tǒng)測量的靈敏度是193510～RIU。但是為了得到更加高的靈敏度，系統(tǒng)有待進(jìn)一步改進(jìn)。2根據(jù)現(xiàn)有的基于光纖彎曲結(jié)構(gòu)的傳感器的研究現(xiàn)狀，分析了現(xiàn)有結(jié)構(gòu)存在的不足與局限性，

5、針對(duì)這些問題，我們設(shè)計(jì)了一種基于波長調(diào)制的光纖彎曲結(jié)構(gòu)的傳感器；隨后對(duì)該結(jié)構(gòu)的原理與制備方法做了詳細(xì)的闡述，并對(duì)該傳感器結(jié)構(gòu)的折射率與溫度傳感特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)表明：當(dāng)環(huán)境溫度從23到33攝氏度增長時(shí)，兩個(gè)共振峰的溫度靈敏度分別為280pm／。C和一460pm／。C；然而，當(dāng)環(huán)境溫度低于23℃時(shí)，傳感器對(duì)溫度響應(yīng)非常低，隨著溫度的變化，共振峰波長沒有明顯的變化。所以，該光纖折射率傳感器更適用于在低于23。C時(shí)進(jìn)行測量，作為一種溫度不