光子晶體光纖有源內(nèi)腔氣體傳感研究.pdf

1、在工業(yè)生產(chǎn)中,對易燃、易爆的有害氣體(例如乙炔、氨氣、甲烷)的實時監(jiān)測非常重要,光纖氣體傳感技術應運而生,其具有體積小、抗電磁干擾能力強、易實現(xiàn)分布式傳感等優(yōu)點。光子晶體光纖有源內(nèi)腔氣體傳感技術因為大大提高了氣體與激光接觸的面積,使氣體對光能夠充分吸收,進而大大增加檢測靈敏度而成為研究熱點。
　　本論文圍繞光子晶體光纖有源內(nèi)腔氣體傳感這一主題展開,主要研究內(nèi)容包括以下幾點:
　　1.設計了一種新型空芯光子晶體光纖,其包層小空

2、氣孔的直徑約為2.4μm,每個小孔間的間隔是3.8μm,纖芯直徑是11μm。然后將該光子晶體光纖的傳輸波長分別設置在C2H2和NH3的吸收峰處(1530nm和1967nm)使用 COMSOL Multiphysics有限元軟件進行數(shù)值計算,得到的相對靈敏度因子均高于0.95,同時模擬了空氣孔直徑和模場有效折射率對相對靈敏度因子在1530nm和1967nm波長處的影響。根據(jù)數(shù)值模擬的結(jié)論可以預測,若將該光子晶體光纖用于乙炔及氨氣檢測,可以

3、大大提高檢測靈敏度。
　　2.對環(huán)形腔中不同耦合器耦合比下腔內(nèi)損耗對輸出功率的影響和泵浦功率對靈敏度提高因子的影響進行了數(shù)值模擬,得到耦合比越高檢測靈敏度越高以及當激光工作在閾值附近時靈敏度會遠遠高于其他情況的結(jié)論。此外,在實驗中我們還驗證了這一結(jié)論,理論和實驗得到了很好的一致性。
　　3.實驗中,針對外腔吸收和內(nèi)腔吸收做了對比,當把纏有光子晶體光纖的氣室填充0.2MPa的乙炔氣體,并把此氣室置于腔外時,再把輸出激光波長設置