基于光子晶體光纖的揮發(fā)性有機物檢測.pdf

1、本論文主要研究方向為基于光子晶體光纖的揮發(fā)性有機物檢測。相對傳統(tǒng)的光纖,光子晶體光纖用于揮發(fā)性有機物檢測具有獨特的優(yōu)點。從材料上說,光子晶體光纖具有溫度不敏感的特性。此外,光子晶體光纖獨特的孔結(jié)構(gòu),使得光纖既是光的通道,同時又可以成為氣體、液體、甚至是原子、微粒子的通道,實現(xiàn)光與外界物質(zhì)的直接接觸。鑒于以上特點,我們重點研究了光子晶體光纖的特性并將其與一些合適的傳感機制結(jié)合用于揮發(fā)性有機物檢測,主要研究內(nèi)容如下:
　　一、提出了一

2、種基于高雙折射率光子晶體光纖環(huán)鏡的揮發(fā)性有機物傳感器。由于高雙折射率光子晶體光纖環(huán)鏡的干涉譜對于相位變化非常敏感,當(dāng)外界揮發(fā)性有機物分子擴散進入高雙折射率光子晶體光纖的空氣孔后,會引起相位變化從而造成干涉光譜的漂移,通過觀測干涉光譜的漂移量可以實現(xiàn)揮發(fā)性有機物濃度的檢測。經(jīng)過實驗驗證,當(dāng)使用長度為5.1cm的高雙折射率光子晶體光纖制成光纖環(huán)鏡用于乙醇檢測時,靈敏度可達0.837pm/ppm,同時,利用Comsol軟件對傳感裝置進行理論驗

3、證,理論模擬結(jié)果與實驗結(jié)果高度吻合。
　　二、提出了一種基于帶隙型光子晶體光纖帶隙移動的揮發(fā)性有機物傳感器。帶隙型光子晶體光纖的帶隙對光纖空氣孔的排布方式和孔內(nèi)折射率的變化非常敏感,當(dāng)揮發(fā)性有機物分子擴散進入帶隙型光子晶體光纖的空氣孔后,通過監(jiān)測帶隙的漂移可以實現(xiàn)揮發(fā)性有機物濃度的檢測。利用Comsol軟件,并結(jié)合全矢量有限元法和完美匹配層,我們模擬了不同濃度甲醇情況下,帶隙型光子晶體光纖帶隙的變化情況,模擬結(jié)果證明設(shè)計方案可行,

4、在0至50000ppm的范圍內(nèi),對甲醇靈敏度可達8.06×10-4 nm/ppm。
　　三、提出了一種基于錐形光纖的復(fù)用裝置,通過在錐形光纖后級聯(lián)光纖布拉格光柵制成傳感頭,可以賦予每個傳感頭獨特的波長信息,使其在光譜儀上能被清楚的區(qū)分出來,用分光裝置將數(shù)個級聯(lián)有不同波長光纖布拉格光柵的傳感頭拓撲連接,即可實現(xiàn)多點測量。通過實驗,我們證明了復(fù)用裝置能夠用于多點的位移和溫度測量,在0至400μm的變化范圍內(nèi),對位移最大靈敏度可達0.1