錐形微納光纖傳感系統(tǒng)的設(shè)計與傳感特性研究.pdf

1、微納光纖傳感器具有體積小、結(jié)構(gòu)緊湊的特點，由于直徑在微米量級，易受外界環(huán)境因素影響，因此具有高靈敏度。錐形光纖纖芯中的光耦合進(jìn)包層中，會產(chǎn)生高階模式，利用其特點制成模式干涉?zhèn)鞲衅?，能夠進(jìn)一步提高靈敏度;同時可以對錐區(qū)進(jìn)行敏感材料涂覆，實現(xiàn)不同參量的傳感，因此近年來一直受到廣大研究者的關(guān)注。本論文基于錐形微納光纖的特性，設(shè)計了馬赫曾德干涉結(jié)構(gòu)的錐形微納光纖傳感器，進(jìn)行溫度、濕度和折射率參量的傳感特性研究。
　　通過光束傳播法對錐形微

2、納光纖進(jìn)行數(shù)值分析，確定了傳感的理論可行性。對不同參數(shù)的錐區(qū)進(jìn)行數(shù)值分析，發(fā)現(xiàn):對于線性錐區(qū)，錐腰能量、透射能量隨錐腰半徑的增加而增大;對于非線性錐區(qū)，錐腰能量、透射能量與錐腰半徑成正比;并改變環(huán)境折射率，錐形微納光纖的透射能量隨著環(huán)境折射率的增大而減小。
　　利用電弧放電拉錐和火焰拉錐技術(shù)分別制作了對稱式、非對稱式和石墨烯涂覆的錐形微納光纖傳感器。搭建了對稱式線性錐區(qū)光纖溫度傳感系統(tǒng)，研究不同雙錐間距傳感系統(tǒng)的溫度特性，驗證其溫

3、度靈敏度與雙錐間距無關(guān);搭建了微納光纖折射率傳感系統(tǒng)，分別對非對稱式非線性錐區(qū)和對稱式線性錐區(qū)傳感器進(jìn)行折射率實驗研究，得到折射率靈敏度為0.658/RIU和0.446/RIU;搭建了石墨烯涂覆的微納光纖濕度傳感系統(tǒng)，分別對非對稱式非線性錐區(qū)和對稱式線性錐區(qū)傳感器進(jìn)行濕度實驗研究，在環(huán)境溫度25℃，壓強1atm，波長范圍在1545nm至1555nm，非對稱式傳感系統(tǒng)靈敏度為68.73pm/％RH，隨相對濕度增加，干涉譜線發(fā)生藍(lán)移;對稱式