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GQDs-FBG光谱特性研究

发布时间:2018-07-25 12:48
【摘要】:近年来,科研人员利用各种镀膜涂覆技术将不同材料形成的膜与光纤光栅结合,在光纤光栅的包层上涂覆一层均匀对称或者周期性变化非对称的薄膜来改变光纤光栅的传输特性以便制作新型的光纤传感器。针对不同场合,人们在光纤光栅上涂覆介质膜、金属膜和纳米材料膜制作出了不同类型灵敏度高、稳定性好的传感器,在光纤通信与传感领域大显身手。而在光纤光栅上涂覆纳米材料膜已经成为现阶段的研究热点。石墨烯量子点(GQDs)是石墨烯尺寸小10nm时形成的准零维碳纳米材料,不仅具有石墨烯的最快导电速度、大的比表面积、最强导热能力、最大力学强度还具有量子点所拥有的较高的吸光和发光效率、独特的、可调谐的光学特性以及毒性低、安全环保等优点。虽然有关光纤光栅上涂覆石墨烯、碳纳米管的研究已有不少,但对光纤光栅上涂覆石墨烯量子点的研究未见到相关报道。由于石墨烯量子点(GQDs)具有与石墨烯、碳纳米管相比独特的光学物理特性,因此将石墨烯量子点涂覆在光纤光栅上,其光谱会表现出特别的变化。本论文通过理论与实验相结合的方法,对石墨烯量子点(GQDs)涂覆光纤光栅后的光谱进行了研究,主要研究内容如下:第一章,综述了涂覆光纤光栅的原理以及国内外研究状况,同时对光纤光栅、石墨烯量子点(GQDs)的相关知识做了必要的介绍。第二章,从光纤理论着手,过渡到光纤光栅理论以及传感理论,并对光栅参量进行了详细的研究分析并用MATLAB软件计算验证。第三章,详述涂覆光纤光栅原理,并重点研究了石墨烯量子点(GQDs)的光电特性、吸附特性。并对包层各向异性晶体光纤光栅模型和包层腐蚀型光纤光栅进行了分析,同时运用MATLAB、OPtiGratting与Rsoft光学软件综合对此仿真分析。第四章,在实验准备阶段得到腐蚀包层后的光纤光栅,同时制备了石墨烯量子点(GQDs)的涂覆液,最后对石墨烯量子点(GQDs)涂覆光纤光栅后的光谱进行了研究,发现其反射率先变小再升高,同时中心波长一直红移。并提出利用GQDs-FBG制成湿度传感器进行研究。这为制作新型的光纤光栅传感器做了初步的探索。
[Abstract]:In recent years, researchers have made use of various coating techniques to combine films formed from different materials with fiber gratings. A uniform symmetrical or periodically varying asymmetric film is coated on the cladding of the fiber grating to change the transmission characteristics of the fiber grating in order to fabricate a new type of fiber optic sensor. Different types of sensors with high sensitivity and good stability have been fabricated by coating dielectric film metal film and nanomaterial film on fiber Bragg gratings in different situations. They are widely used in the field of optical fiber communication and sensing. It has become a research focus at present to coating nano-material film on fiber gratings. Graphene quantum dot (GQDs) is a quasi zero dimensional carbon nanomaterial formed when graphene size is small 10nm. It not only has the fastest conductive speed of graphene, but also has large specific surface area and the strongest thermal conductivity. The maximum mechanical strength also has the advantages of high absorptivity and luminescence efficiency, unique and tunable optical properties, low toxicity, safety and environmental protection of quantum dots. Although there have been a lot of studies on fiber gratings coated with graphene and carbon nanotubes, there are no reports on the study of fiber gratings coated with graphene quantum dots. Because graphene quantum dots (GQDs) have unique optical and physical properties compared with graphene and carbon nanotubes, the spectrum of graphene quantum dots coated on fiber gratings will exhibit special changes. In this paper, the spectrum of graphene quantum dots (GQDs) coated with fiber grating is studied by combining theory and experiment. The main research contents are as follows: in chapter 1, the principle of coated fiber grating and the research status at home and abroad are summarized. At the same time, the related knowledge of fiber grating and graphene quantum dot (GQDs) is introduced. In the second chapter, from the fiber theory to the fiber grating theory and sensing theory, the grating parameters are studied and analyzed in detail and verified by MATLAB software. In chapter 3, the principle of coated fiber gratings is described in detail, and the photoelectric and adsorption properties of graphene quantum dots (GQDs) are studied. The model of cladding anisotropic crystal fiber grating and the cladding corrosion type fiber grating are analyzed, and the simulation results are analyzed by MATLAB Optigrting and Rsoft optical software. In chapter 4, the etching coated fiber gratings are obtained in the experimental preparation stage, and the coating solution of graphene quantum dots (GQDs) is prepared at the same time. Finally, the spectrum of graphene quantum dots (GQDs) coated with fiber gratings is studied. It is found that the reflection becomes smaller and higher, and the center wavelength is always redshift. A humidity sensor based on GQDs-FBG is proposed. This is a preliminary exploration for the fabrication of new fiber Bragg grating sensors.
【学位授予单位】:广西师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TN25

【参考文献】

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本文编号:2143878

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