光纖倏逝波化學傳感器設計與應用研究.pdf

1、在化學傳感器研究中光纖傳感器因具有體積小、靈敏度高、抗電磁干擾和遠距離傳感等優(yōu)點而成為傳感器研究熱點。本文對基于倏逝波理論的光纖化學傳感器的傳感原理進行了理論分析,并進行相應的數(shù)值模擬,對本征型、錐形和布拉格光柵光纖結構倏逝波光場分布情況及反射光譜進行仿真模擬,并在模擬的基礎上進行實驗設計和測量,從理論,模擬,實驗三個方面研究基于倏逝波光纖傳感器的傳感特性。
　　本文的主要工作內容具體敘述如下:
　　1、對光纖模式理論:時域

2、有限差分光束傳播法(FD-BPM)和光纖耦合模理論(CMT)的基礎理論知識進行了詳細的介紹,通過理論推導,得到它們的計算表達式,從表達式中出發(fā),給出了相應算法的流程步驟,并根據(jù)流程步驟分別得出了算法模擬圖,為后續(xù)傳感器的模擬分析奠定理論基礎。
　　2、通過對基于倏逝波理論的光纖傳感器理論推導,得到靈敏度的計算公式,從公式中發(fā)現(xiàn),靈敏度與敏感區(qū)域中光纖的結構參數(shù)及外界環(huán)境參數(shù)有關,從而預測基于倏逝波理論的光纖傳感器在化學傳感領域的應

3、用潛力。通過分析模擬所得結果,得出傳感規(guī)律,為后文實驗設計提供參考依據(jù)。
　　3、采用本征型光纖結構,以氯化鈉溶液折射率的檢測為例進行實驗研究,設計并制作了基于倏逝波理論的光纖折射率傳感器。實驗中光纖部分采用 HF溶液腐蝕,并通過實驗的方法測出光纖腐蝕速率。實驗探究了相同傳感長度不同直徑及相同傳感直徑不同長度對光纖折射率傳感靈敏度的影響,結果表明:傳感直徑越小,傳感長度越長,歸一化輸出功率越小,折射率靈敏度越高,這與數(shù)值模擬結果一