基于光子晶体光纤的干涉型传感器设计与传感特性研究
发布时间：2022-02-15 10:40
光子晶体光纤由于其高双折射、低损耗、色散可调等特性,在光纤传感和纳米光子学领域备受关注。与传统的物理传感器相比,基于光子晶体光纤设计的传感器具有更高的灵敏度。本论文基于光子晶体光纤的光场分布和光传输特性,设计并分别制备了马赫-曾德干涉型和具有游标效应的两种光子晶体光纤传感器,并进行了温度、湿度、折射率以及气压等参数的传感特性研究。应用全矢量有限元法对光子晶体光纤的空气孔及其介质特性进行理论研究和数值分析,获得了光子晶体光纤的光场分布,计算得到光子晶体光纤的包层有效折射率为1.451和本文实验所用的LMA-10型光子晶体光纤相吻合,并结合传感器传感理论得到了马赫-曾德传感区有效折射率差、法布里-珀罗腔参数与传感灵敏度的关系。通过单模光纤和光子晶体光纤的塌陷熔接制备了马赫-曾德干涉型光子晶体光纤传感器,利用塌陷区域作为激励区实现了马赫-曾德干涉。实验搭建了温度和折射率传感系统,研究了传感器的温度、折射率传感特性,所得温度灵敏度和折射率灵敏度分别为122 pm/°C和-14.66 dB/RIU;制备了石墨烯涂覆的湿度传感器并进行了湿度传感特性实验研究,获得湿度灵敏度为53.86 pm/%RH...
【文章来源】：哈尔滨理工大学黑龙江省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究目的和意义
1.2 光子晶体光纤传感器的研究概况
1.3 本论文的主要研究内容
第2章 光子晶体光纤传感理论研究及数值分析
2.1 引言
2.2 光子晶体光纤理论分析
2.2.1 光子晶体光纤
2.2.2 光子晶体光纤理论研究
2.3 光子晶体光纤包层折射率数值分析
2.4 光子晶体光纤传感器传感理论
2.4.1 全光纤马赫-曾德干涉原理
2.4.2 光纤传感游标效应原理
2.5 本章小结
第3章 基于光子晶体光纤的马赫-曾德干涉计传感特性研究
3.1 引言
3.2 马赫-曾德干涉型光子晶体光纤传感器的设计与制备
3.2.1 马赫-曾德干涉型光子晶体光纤传感器的设计
3.2.2 马赫-曾德干涉型光子晶体光纤传感器的制备
3.3 温度传感特性实验研究
3.3.1 实验系统搭建
3.3.2 温度传感特性
3.4 折射率传感特性实验研究
3.4.1 实验系统搭建
3.4.2 折射率传感特性
3.5 湿度传感特性实验研究
3.5.1 实验系统搭建
3.5.2 湿度传感特性
3.6 传感器稳定性实验研究
3.7 本章小结
第4章 基于光子晶体光纤的级联双腔传感器特性研究
4.1 引言
4.2 具有游标效应的级联双腔传感器的设计与制备
4.2.1 级联双腔传感器的设计
4.2.2 级联双腔传感器的仿真与分析
4.2.3 级联双腔传感器的制备
4.3 温度传感特性实验研究
4.3.1 实验系统搭建
4.3.2 温度传感特性
4.4 气压传感特性实验研究
4.4.1 实验系统搭建
4.4.2 气压传感特性
4.5 传感器稳定性实验研究
4.6 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间所发表的学术论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]空芯光子晶体光纤与单模光纤耦合优化及在拉曼气体检测中的应用（英文）[J]. 张秀梅,蒋书波,王旭. 红外与毫米波学报. 2017(06)
[2]空芯光子晶体光纤熔接技术研究[J]. 李晓倩,高寿飞,汪滢莹,王璞. 导航定位与授时. 2017(06)
[3]基于游标效应的增敏型光纤法布里-珀罗干涉仪温度传感器[J]. 杨易,徐贲,刘亚铭,李萍,王东宁,赵春柳. 物理学报. 2017(09)
[4]基于保偏光纤和LPFG的Sagnac环温度及环境折射率双参量光纤传感器研究[J]. 苏耿华,徐德刚,石嘉,张海伟,许浩展,冯佳琛,严德贤,徐伟,姚建铨. 光电子·激光. 2017(01)
[5]光纤传感器及其应用[J]. 彭利标,田野,李冰玉,王奉良. 电子设计工程. 2014(21)
[6]不同液体浓度与折射率关系的经验公式[J]. 周万福,罗双玲,王传坤,张星. 兴义民族师范学院学报. 2013(05)
[7]光纤传感技术及其军事应用[J]. 林之华,李朝锋,刘甲春. 光通信技术. 2011(07)
[8]光纤传感技术在地震勘探中的应用研究[J]. 邵敏,乔学光,傅海威,罗小东,刘钦朋. 地球物理学进展. 2011(01)
[9]光纤传感器的分类及其应用原理[J]. 丁小平,王薇,付连春. 光谱学与光谱分析. 2006(06)
[10]光子晶体光纤非线性光学研究新进展[J]. 王清月,胡明列,柴路. 中国激光. 2006(01)
硕士论文
[1]锥形微纳光纤传感系统的设计与传感特性研究[D]. 吴明泽.哈尔滨理工大学 2018
[2]基于多模光纤模间干涉的传感与解调特性研究[D]. 任乃奎.哈尔滨理工大学 2017
[3]干涉型微纳光纤传感器研究[D]. 谭艳珍.暨南大学 2014
[4]空芯光子晶体光纤特性研究[D]. 孙世红.重庆大学 2011
本文编号：3626481
【文章来源】：哈尔滨理工大学黑龙江省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究目的和意义
1.2 光子晶体光纤传感器的研究概况
1.3 本论文的主要研究内容
第2章 光子晶体光纤传感理论研究及数值分析
2.1 引言
2.2 光子晶体光纤理论分析
2.2.1 光子晶体光纤
2.2.2 光子晶体光纤理论研究
2.3 光子晶体光纤包层折射率数值分析
2.4 光子晶体光纤传感器传感理论
2.4.1 全光纤马赫-曾德干涉原理
2.4.2 光纤传感游标效应原理
2.5 本章小结
第3章 基于光子晶体光纤的马赫-曾德干涉计传感特性研究
3.1 引言
3.2 马赫-曾德干涉型光子晶体光纤传感器的设计与制备
3.2.1 马赫-曾德干涉型光子晶体光纤传感器的设计
3.2.2 马赫-曾德干涉型光子晶体光纤传感器的制备
3.3 温度传感特性实验研究
3.3.1 实验系统搭建
3.3.2 温度传感特性
3.4 折射率传感特性实验研究
3.4.1 实验系统搭建
3.4.2 折射率传感特性
3.5 湿度传感特性实验研究
3.5.1 实验系统搭建
3.5.2 湿度传感特性
3.6 传感器稳定性实验研究
3.7 本章小结
第4章 基于光子晶体光纤的级联双腔传感器特性研究
4.1 引言
4.2 具有游标效应的级联双腔传感器的设计与制备
4.2.1 级联双腔传感器的设计
4.2.2 级联双腔传感器的仿真与分析
4.2.3 级联双腔传感器的制备
4.3 温度传感特性实验研究
4.3.1 实验系统搭建
4.3.2 温度传感特性
4.4 气压传感特性实验研究
4.4.1 实验系统搭建
4.4.2 气压传感特性
4.5 传感器稳定性实验研究
4.6 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间所发表的学术论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]空芯光子晶体光纤与单模光纤耦合优化及在拉曼气体检测中的应用（英文）[J]. 张秀梅,蒋书波,王旭. 红外与毫米波学报. 2017(06)
[2]空芯光子晶体光纤熔接技术研究[J]. 李晓倩,高寿飞,汪滢莹,王璞. 导航定位与授时. 2017(06)
[3]基于游标效应的增敏型光纤法布里-珀罗干涉仪温度传感器[J]. 杨易,徐贲,刘亚铭,李萍,王东宁,赵春柳. 物理学报. 2017(09)
[4]基于保偏光纤和LPFG的Sagnac环温度及环境折射率双参量光纤传感器研究[J]. 苏耿华,徐德刚,石嘉,张海伟,许浩展,冯佳琛,严德贤,徐伟,姚建铨. 光电子·激光. 2017(01)
[5]光纤传感器及其应用[J]. 彭利标,田野,李冰玉,王奉良. 电子设计工程. 2014(21)
[6]不同液体浓度与折射率关系的经验公式[J]. 周万福,罗双玲,王传坤,张星. 兴义民族师范学院学报. 2013(05)
[7]光纤传感技术及其军事应用[J]. 林之华,李朝锋,刘甲春. 光通信技术. 2011(07)
[8]光纤传感技术在地震勘探中的应用研究[J]. 邵敏,乔学光,傅海威,罗小东,刘钦朋. 地球物理学进展. 2011(01)
[9]光纤传感器的分类及其应用原理[J]. 丁小平,王薇,付连春. 光谱学与光谱分析. 2006(06)
[10]光子晶体光纤非线性光学研究新进展[J]. 王清月,胡明列,柴路. 中国激光. 2006(01)
硕士论文
[1]锥形微纳光纤传感系统的设计与传感特性研究[D]. 吴明泽.哈尔滨理工大学 2018
[2]基于多模光纤模间干涉的传感与解调特性研究[D]. 任乃奎.哈尔滨理工大学 2017
[3]干涉型微纳光纤传感器研究[D]. 谭艳珍.暨南大学 2014
[4]空芯光子晶体光纤特性研究[D]. 孙世红.重庆大学 2011
本文编号：3626481
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