基于薄芯光纖模式干涉的氨傳感器制備與傳感特性研究.pdf

1、由于體積小，可抗電磁干擾，高靈敏性與穩(wěn)定性等優(yōu)勢(shì)，光纖傳感器得到廣泛關(guān)注，應(yīng)用于臨床診斷、環(huán)境保護(hù)和食品安全等各個(gè)領(lǐng)域。本文設(shè)計(jì)并研制了一種基于薄芯光纖模式干涉的氨傳感器。將一段薄芯光纖嵌入標(biāo)準(zhǔn)單模光纖中，并在薄芯光纖表面利用層層（LbL）自組裝技術(shù)進(jìn)行敏感薄膜的涂覆。傳感過(guò)程基于敏感薄膜對(duì)氨的選擇性吸附，從而導(dǎo)致敏感薄膜折射率和輸出干涉光譜發(fā)生改變，通過(guò)對(duì)中心波長(zhǎng)移動(dòng)量的分析來(lái)對(duì)氨實(shí)現(xiàn)傳感檢測(cè)。本文主要研究工作如下：
　　①利用

2、BeamPROP軟件，對(duì)薄芯光纖傳感器進(jìn)行模型的構(gòu)建。通過(guò)仿真獲得了不同長(zhǎng)度的傳感器透射譜?？紤]成本以及便于操作等問(wèn)題，后期的模擬以及實(shí)驗(yàn)全部采取2cm薄芯光纖進(jìn)行傳感器的構(gòu)建。模擬該傳感器的折射率靈敏性，再與實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。結(jié)果皆顯示隨著外界折射率的逐漸增大，透射譜的中心波長(zhǎng)逐漸發(fā)生紅移，呈線性遞增。對(duì)薄芯光纖模式干涉儀型傳感器進(jìn)行溫度靈敏性的測(cè)試，溫度靈敏性只有17.47pm/℃。結(jié)果說(shuō)明該傳感器抗溫度干擾能力強(qiáng)，是理想的折射率傳

3、感器。
　?、诓捎脤訉屿o電自組裝技術(shù)在基底上制備了(PAH/PAA)和[(PVPMC+PAH)/PAA]無(wú)孔薄膜。掃描電鏡結(jié)果顯示 PAH/PAA雙分子層厚度為40nm，(PVPMC+ PAH)/PAA雙分子層厚度為46nm。在氯化鈉溶液中對(duì)[(PVPMC+PAH)/PAA]薄膜進(jìn)行處理，將 PVPMC從三組分體系中去除，可形成大小為20-40nm的納米孔洞。（PAH：聚丙烯胺鹽酸；PAA：聚丙烯酸；PVPMC：羧酸類(lèi)聚甜菜堿）<

4、br>　　③將(PAH/PAA)薄膜組裝至薄芯光纖的外表面，在不同濃度的氨溶液中進(jìn)行傳感實(shí)驗(yàn)。隨著濃度的逐漸增加，透射譜中心波長(zhǎng)向短波長(zhǎng)方向線性移動(dòng)，移動(dòng)量為6.87nm，傳感器的靈敏性為0.027nm/ppm。傳感器在選擇性實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出對(duì)氨良好的選擇性，并且恢復(fù)性良好，動(dòng)力學(xué)響應(yīng)時(shí)間約為160s，恢復(fù)時(shí)間約為200s。利用折射率儀對(duì)不同氨濃度下(PAH/PAA)薄膜的折射率變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，結(jié)果顯示隨氨濃度增加，折射率總共減小0.0066

5、25，理論折射率靈敏性為850nm/R.I.U.。將(PAH/PAA)多孔薄膜組裝至薄芯光纖的外表面，響應(yīng)時(shí)間由160s縮短至70s，恢復(fù)時(shí)間也由200s縮短至80s。
　?、苊舾斜∧?PAH/PAA)+[PAH/(PAA+SWCNTsCOOH)]組裝至薄芯光纖表面制作氨氣傳感器，在不同濃度的氨氣中進(jìn)行傳感實(shí)驗(yàn)。隨著氨氣濃度逐漸增加，透射譜的中心波長(zhǎng)向短波長(zhǎng)方向移動(dòng)，在氨濃度1-20ppm之間，呈線性移動(dòng)。氨氣濃度范圍1-20pp