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文檔簡介
1、本論文主要研究方向為基于光子晶體光纖的揮發(fā)性有機(jī)物檢測。相對傳統(tǒng)的光纖,光子晶體光纖用于揮發(fā)性有機(jī)物檢測具有獨特的優(yōu)點。從材料上說,光子晶體光纖具有溫度不敏感的特性。此外,光子晶體光纖獨特的孔結(jié)構(gòu),使得光纖既是光的通道,同時又可以成為氣體、液體、甚至是原子、微粒子的通道,實現(xiàn)光與外界物質(zhì)的直接接觸。鑒于以上特點,我們重點研究了光子晶體光纖的特性并將其與一些合適的傳感機(jī)制結(jié)合用于揮發(fā)性有機(jī)物檢測,主要研究內(nèi)容如下:
一、提出了一
2、種基于高雙折射率光子晶體光纖環(huán)鏡的揮發(fā)性有機(jī)物傳感器。由于高雙折射率光子晶體光纖環(huán)鏡的干涉譜對于相位變化非常敏感,當(dāng)外界揮發(fā)性有機(jī)物分子擴(kuò)散進(jìn)入高雙折射率光子晶體光纖的空氣孔后,會引起相位變化從而造成干涉光譜的漂移,通過觀測干涉光譜的漂移量可以實現(xiàn)揮發(fā)性有機(jī)物濃度的檢測。經(jīng)過實驗驗證,當(dāng)使用長度為5.1cm的高雙折射率光子晶體光纖制成光纖環(huán)鏡用于乙醇檢測時,靈敏度可達(dá)0.837pm/ppm,同時,利用Comsol軟件對傳感裝置進(jìn)行理論驗
3、證,理論模擬結(jié)果與實驗結(jié)果高度吻合。
二、提出了一種基于帶隙型光子晶體光纖帶隙移動的揮發(fā)性有機(jī)物傳感器。帶隙型光子晶體光纖的帶隙對光纖空氣孔的排布方式和孔內(nèi)折射率的變化非常敏感,當(dāng)揮發(fā)性有機(jī)物分子擴(kuò)散進(jìn)入帶隙型光子晶體光纖的空氣孔后,通過監(jiān)測帶隙的漂移可以實現(xiàn)揮發(fā)性有機(jī)物濃度的檢測。利用Comsol軟件,并結(jié)合全矢量有限元法和完美匹配層,我們模擬了不同濃度甲醇情況下,帶隙型光子晶體光纖帶隙的變化情況,模擬結(jié)果證明設(shè)計方案可行,
4、在0至50000ppm的范圍內(nèi),對甲醇靈敏度可達(dá)8.06×10-4 nm/ppm。
三、提出了一種基于錐形光纖的復(fù)用裝置,通過在錐形光纖后級聯(lián)光纖布拉格光柵制成傳感頭,可以賦予每個傳感頭獨特的波長信息,使其在光譜儀上能被清楚的區(qū)分出來,用分光裝置將數(shù)個級聯(lián)有不同波長光纖布拉格光柵的傳感頭拓?fù)溥B接,即可實現(xiàn)多點測量。通過實驗,我們證明了復(fù)用裝置能夠用于多點的位移和溫度測量,在0至400μm的變化范圍內(nèi),對位移最大靈敏度可達(dá)0.1
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