基于納米功能材料集成微結(jié)構(gòu)光纖的傳感器研究.pdf

1、隨著信息時(shí)代和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的到來(lái)以及快速發(fā)展，光通信、光互聯(lián)等高速率信息的傳輸及處理的要求越來(lái)越高。為滿足全光纖光子集成系統(tǒng)對(duì)微納光子器件的要求，人們不斷探求新材料、新原理、新方案和構(gòu)思。結(jié)合微納波導(dǎo)技術(shù)與光電功能材料物理效應(yīng)，通過(guò)研究光波導(dǎo)中的光束傳輸和調(diào)控從而實(shí)現(xiàn)微納光子器件成為了光子學(xué)領(lǐng)域發(fā)展的重要課題。本文是以各種微結(jié)構(gòu)的微納光纖作為敏感元件，借助其強(qiáng)倏逝場(chǎng)等特性，并與納米功能材料相結(jié)合，與周圍環(huán)境產(chǎn)生緊密的相互作用，研究了對(duì)外界

2、環(huán)境參量敏感的一系列微結(jié)構(gòu)光纖傳感器。本文主要采用電弧放電法對(duì)具有不同傳導(dǎo)特性的光纖進(jìn)行了微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，分析了其中光傳播的特性，并結(jié)合納米功能材料對(duì)其傳感特性進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)分析，實(shí)現(xiàn)了高靈敏度、低溫敏感傳感，具有較好的應(yīng)用前景。
　　本論文主要研究?jī)?nèi)容包括：
　　1.熔接機(jī)電弧放電法制備微結(jié)構(gòu)光纖。借助控制高精度平移臺(tái)步進(jìn)距離、速度以及熔接機(jī)的放電時(shí)間、放電功率等參數(shù)，不同直徑、不同錐區(qū)長(zhǎng)度等不同參數(shù)的錐型微結(jié)構(gòu)光纖可以被制

3、備出來(lái)。通過(guò)數(shù)值計(jì)算理論分析了錐形微結(jié)構(gòu)光纖的倏逝場(chǎng)特性和模式能量分布的特點(diǎn)。隨著光纖直徑的減小，光纖中能量將不局限在光纖纖芯當(dāng)中，有一部分能量將泄漏到包層當(dāng)中，以倏逝波的形式存在。光纖直徑越小，倏逝場(chǎng)能量越強(qiáng)，與外界相互作用也會(huì)增強(qiáng)，對(duì)外界環(huán)境變化的檢測(cè)越加靈敏。
　　2.基于周期錐微結(jié)構(gòu)單模光纖以及集成 SiO2納米粒子拉錐方形光纖分別提出了折射率傳感器以及相對(duì)濕度傳感器。通過(guò)對(duì)高精度的平移臺(tái)以及熔接機(jī)放電參數(shù)的調(diào)控分別制備出

4、了周期錐微結(jié)構(gòu)單模光纖以及錐結(jié)構(gòu)方形光纖，并將錐結(jié)構(gòu)方形光纖與 SiO2納米粒子集成，分析了這兩種傳感器的傳感機(jī)理，構(gòu)建了有效的理論模型,并分別通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析了外界折射率對(duì)周期錐微結(jié)構(gòu)單模光纖以及相對(duì)濕度對(duì)基于 SiO2納米粒子錐結(jié)構(gòu)方形光纖這兩種傳感器的傳感特性。
　　3.提出并實(shí)現(xiàn)了兩種基于微結(jié)構(gòu)全固波導(dǎo)陣列光纖的磁場(chǎng)傳感器。分別通過(guò)熔接機(jī)電弧放電的方法在全固波導(dǎo)陣列光纖上制備出了錐結(jié)構(gòu)以及周期錐結(jié)構(gòu)，并結(jié)合納米磁流體材料實(shí)現(xiàn)了