光纖倏逝波化學(xué)傳感器設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究.pdf

1、在化學(xué)傳感器研究中光纖傳感器因具有體積小、靈敏度高、抗電磁干擾和遠(yuǎn)距離傳感等優(yōu)點(diǎn)而成為傳感器研究熱點(diǎn)。本文對(duì)基于倏逝波理論的光纖化學(xué)傳感器的傳感原理進(jìn)行了理論分析,并進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)值模擬,對(duì)本征型、錐形和布拉格光柵光纖結(jié)構(gòu)倏逝波光場分布情況及反射光譜進(jìn)行仿真模擬,并在模擬的基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和測(cè)量,從理論,模擬,實(shí)驗(yàn)三個(gè)方面研究基于倏逝波光纖傳感器的傳感特性。
　　本文的主要工作內(nèi)容具體敘述如下:
　　1、對(duì)光纖模式理論:時(shí)域

2、有限差分光束傳播法(FD-BPM)和光纖耦合模理論(CMT)的基礎(chǔ)理論知識(shí)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹,通過理論推導(dǎo),得到它們的計(jì)算表達(dá)式,從表達(dá)式中出發(fā),給出了相應(yīng)算法的流程步驟,并根據(jù)流程步驟分別得出了算法模擬圖,為后續(xù)傳感器的模擬分析奠定理論基礎(chǔ)。
　　2、通過對(duì)基于倏逝波理論的光纖傳感器理論推導(dǎo),得到靈敏度的計(jì)算公式,從公式中發(fā)現(xiàn),靈敏度與敏感區(qū)域中光纖的結(jié)構(gòu)參數(shù)及外界環(huán)境參數(shù)有關(guān),從而預(yù)測(cè)基于倏逝波理論的光纖傳感器在化學(xué)傳感領(lǐng)域的應(yīng)

3、用潛力。通過分析模擬所得結(jié)果,得出傳感規(guī)律,為后文實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。
　　3、采用本征型光纖結(jié)構(gòu),以氯化鈉溶液折射率的檢測(cè)為例進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,設(shè)計(jì)并制作了基于倏逝波理論的光纖折射率傳感器。實(shí)驗(yàn)中光纖部分采用 HF溶液腐蝕,并通過實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)出光纖腐蝕速率。實(shí)驗(yàn)探究了相同傳感長度不同直徑及相同傳感直徑不同長度對(duì)光纖折射率傳感靈敏度的影響,結(jié)果表明:傳感直徑越小,傳感長度越長,歸一化輸出功率越小,折射率靈敏度越高,這與數(shù)值模擬結(jié)果一