微纳光纤光栅折射率传感研究及应用.pdf

学位论文创新性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果;也不包含为获得西安石油大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。申请学位论文与资料若有不实之处,本人承担一切相关责任。论文作者签名:垄纽盈学位论文使用授权的说明本人完全了解西安石油大学有关保留和使用学位论文的规定,即:研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安石油大学。学校享有以任何方法发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时,署名单位仍然为西安石油大学。论文作者签名: 导师签名: 拿必一坩蝉日期: 』:竺日期: 』:堕·注:如本论文涉密,请在使用授权的说明中指出(含解密年限等)。万方数据中文摘要论文题目专业硕士生指导教师微纳光纤光栅折射率传感研究及应用物理电子学车伏龙(签名)蚴刘颖刚(签矧料摘要微纳光纤(MNF)的倏逝波传输特性,使其传输光模式对外界折射率的变化十分敏感。如果将具有窄反射通带的布拉格光栅与具有高比例倏逝波的微纳光纤相结合将产生一种全新的器件一微纳光纤布拉格光栅,它不但在折射率传感中能够得到应用,还将会在更广阔的领域得到更多有待开发的应用。本文基于光纤波导理论,对微纳光纤的光学传输特性进行了系统描述,建立了微纳光纤光栅(MNFBG)倏逝波折射率传感理论模型,并对微纳光纤光栅的制作方法、工艺以及折射率传感测量现状与发展进行了综述与分析,重点研究了基于氢氟酸腐蚀普通单模光纤布拉格光栅(FBG)的MNFBG制作方法与液体折射率传感特性。设计了一种腐蚀装置,其既可在恒温条件下完成腐蚀,又可以防止氢氟酸挥发,还可以利用三层液体分层法对腐蚀光纤光栅的部位进行控制。经过腐蚀实验研究表明:腐蚀温度一般选择在20~22。C,腐蚀液浓度按40%、20%、10%分三个阶段进行。在温度为22℃时,腐蚀液浓度按40%大约30min,20%的大概90rain,10%的80rain左右的分段腐蚀法。用该装置制作了直径约为距脚、舡m、簟掰和私优的微纳光纤光栅传感器, 进一步对传感器进行了折射率特性研究,对不同浓度的蔗糖溶液在22℃下的折射率进行来测量,实验证明折射率越大,其对应的共振波长的变化也越大。当温度为22℃时, 微纳光纤光栅直径约为8,urn、印掰、乳坍和劫m时,对应的折射率灵敏度分别为 、.。由直径对应的折射率灵敏度分析可知:MNFBG直径减小,其折射率灵敏度不是光纤光栅直径的线性函数,从实验角度验证了MNFBG谐振波长随环境折射率变化的灵敏度与光纤光栅直径并不是线性关系。考虑到温度变化对共振波长产生的影响,利用三种液体分层法将光纤光栅的一半腐蚀掉,一半是普通的FBG,另一半是MNFBG。在22℃左右时,,,,,解决温度交叉敏感问题。基于MNFBG对折射率敏感的特性, 研究了新功能性材料磁流体结合微纳光纤光栅测量磁场强度的实验,对于15%的磁流体溶液施加10~100roT的磁场时,,为微纳光栅的更多功能化应用研究提供了一定参考。关键词:微纳光纤;光纤布拉格光栅;腐蚀:折射率传感;温度;磁流体论文类型:应用基础与应用技术研究本研究得到了国家自然科学基金(手比准号:60727004)和陕西省自然科学基础研究计划(批准号:2013JM8032)资助课题。万方数据英文摘要 Subject:Research and Application ofMicro—nano Fiber Grating Refractive Index Sensing Speciality:Physical Electronics Name:Che Fulong(signatu Instructor:Liu Yinggang(S ABSTRACT Evanescent wave订ansmission characteristics ofmicrofiber thatmakes itstransmission mode isvery sensitive tochanges oftheexternal refractive bine narrow refractive passband of grating with high p