微纳光纤的制备和传感性质研究

发布时间：2017-06-21 17:11

  本文关键词：微纳光纤的制备和传感性质研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：光学微纳光纤的制备方法,光学特性研究和应用是当前国际上纳米材料研究的前沿领域之一。微纳光纤有着光学损耗较低,较强的消逝场效应,对模场强束缚,尺寸小,质量轻等优良特点,所以它被当作是构建下一代集成微纳米体系最基本的单元模块。微纳光纤还可以被进行表面修饰和功能性惨杂,用途得到大大地拓宽,不仅可以充当微纳米单元器件之间的联结光路,同时又可以作为独立的单元器件。近年来,人们利用先进的微纳加工技术和集成技术,将新型材料的微纳光纤用于各种功能化的微纳器件和集成系统中,特别是,结合多种科学的交叉,使微纳光纤有了更宽广的应用前景。然而,国内外对微纳光纤的研究尚处于初期阶段,特别在三维精确制备上尚有不足,限制了微纳光纤器件的进一步发展。在本论文中,一方面,我们使用了飞秒激光直写技术制备纳米光纤,实现了纳米光纤可设计化,高集成度,高精度的加工;并一定程度上实现了对微纳器件的定制。另一方面,我们把微纳光纤和光纤传感技术相结合,做成了微米光纤锥磁场传感器。这传感器结构较为简单,灵敏度高,而且还使用了传感矩阵对其进行额温度补偿。本文的主要包括以下内容:一、通过飞秒激光直写技术制备纳米光纤。此方法可以对微纳光纤的参数(横截面、粗细、长短、排列等)进行预先软件设计,并按照设计的方案高效地制备出微纳光纤,而且可以是一次性集成地排列,无需再进行手工排列操作。本文利用这种方法制备出可设计、高精度、高集成度的纳米光纤,其中,线宽最小的纳米光纤可以达到200nm左右,并从SEM表征中可以看出,线宽600nm的纳米光纤表面较为平滑,连续不间断。这种方法可以在一定程度上实现了对微纳器件的定制。通过对制备出来的纳米光纤光学性质研究发现,在400nm到800nm之间的透过率达到90%以上;而在532nm绿光透射损耗约为-0.03dB·μm-1。二、光纤微锥和磁流体集成磁场传感器。通过熔接机放电熔融拉锥的方法在普通光纤上制备微米光纤锥,并给出传感器制备和封装的各个步骤和细节。通过不同直径大小的微米光纤锥的磁场测试实验,从灵敏度和探测极限上考虑,发现直径为7.8μm,锥长450μm左右的微米光纤锥比较适合作磁场传感器。我们并对此微米光纤锥进行磁场传感性质测试发现,磁场强度在0-20Oe段光谱红移较为缓慢,20-70Oe之间磁场与光谱红移线性关系较为明显,PeakA和Peak B在此段对应的灵敏度分别为0.171 nm/Oe和0.084 nm/Oe。当磁场强度大于80Oe时,磁流体已经饱和,PeakA和Peak B不再出现红移现象。然后,我们对同一个微米光纤锥进行温度传感性质研究,发现温度从30℃增加到80℃时,PeakA和Peak B的灵敏度分别为-0.587 nm/°C和-0.479 nm/°C,而且实验结果的线性拟合度非常良好。根据以上实验结果,我们通过一个传感矩阵对其进行温度补偿。
【关键词】：微纳光纤 飞秒激光加工 磁场传感器
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.1;TP212
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-14
• 1.1 课题的研究背景和意义10-11
• 1.2 微纳光纤的优势11-12
• 1.3 论文研究的主要内容12-14
• 第2章 基于飞秒激光加工的纳米光纤制备及光学性质14-26
• 2.1 光学纳米光纤制备方法简介14-16
• 2.2 飞秒激光直写制备纳米光纤优势16-18
• 2.3 基于飞秒激光直写技术的纳米光纤制备18-21
• 2.4 基于飞秒激光直写技术制备纳米光纤的光学性能21-25
• 2.4.1 基于飞秒激光直写技术制备纳米光纤的透射率21-22
• 2.4.2 基于飞秒激光直写技术制备纳米光纤的透射损耗22-25
• 2.5 本章小结25-26
• 第3章 光纤微锥磁场传感器的制备26-37
• 3.1 光纤微锥磁场传感器的简介26-28
• 3.2 光纤微锥磁场传感器的原理以及传输特性28-32
• 3.2.1 微米光纤锥的理论传输特性28-30
• 3.2.2 磁流体折射率对温度和外磁场的响应特性30-32
• 3.3 光纤微锥磁场传感器实验制备方法32-36
• 3.4 本章小结36-37
• 第4章 磁流体封装微米光纤锥的磁场传感特性37-49
• 4.1 光纤微锥锥腰直径对传感性质的影响37-40
• 4.2 磁流体封装微米光纤锥的磁场传感特性40-43
• 4.3 磁流体封装微米光纤锥的温度补偿43-46
• 4.4 高分辨率光谱解调仪设计46-47
• 4.5 本章小结47-49
• 第5章 结论与展望49-51
• 参考文献51-55
• 作者简介及科研成果55-56
• 致谢56

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本文编号：469387