基于悬空石墨烯的光纤传感器

发布时间：2017-05-20 01:01

  本文关键词：基于悬空石墨烯的光纤传感器，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：光纤传感器已经被广泛地应用于各个领域,包括电流传感、陀螺仪、水听器等,同时石墨烯作为一种新型的光电材料被大家广泛地研究。本文将传统的光纤传感器和新兴的石墨烯材料结合起来,制备了基于悬空石墨烯的光纤传感器。具体工作如下：1、设计了一整套的基于悬空石墨烯的光纤传感器制备流程。在石墨烯样品准备的部分,我们使用了利用CVD方法生长在铜箔表面的少层石墨烯,并直接将生长有石墨烯的铜箔放入三氯化铁中,腐蚀结束之后利用载玻片将石墨烯放入去离子水中进行清洗；在制备光纤样品部分,我们利用石蜡作为掩膜来制备分布在光纤两侧的金电极；在转移石墨烯的部分,我们让光纤端面朝下逐渐靠近液面,同时利用范德华力将石墨烯转移到光纤的端面。2、测试了光纤电流传感器的性能。在测试过程中,我们将电流通过两块金属板耦合到光纤侧面的金电极上,电流通过金电极流入光纤端面上的悬空石墨烯产生热量并导致石墨烯的形变,使得FP腔的腔长发生变化,对应的谐振波长也会发生移动。通过检测谐振波长的变化,可以探测出流经石墨烯表面的电流大小。经测量,我们所制备的电流传感器灵敏度达到0.22nm/mA2,响应时间则约为0-3s,比传统基于热效应的光纤电流传感器性能提升很多。3、测试了光纤磁场传感器的性能。我们利用了泵浦探测的方法,测量了石墨烯的机械谐振频率。当石墨烯薄膜通上电流之后,它在磁场中会受到洛伦兹力的作用,石墨烯内部的张力会发生变化,相应的机械谐振频率也会发生移动。通过检测这种移动,我们可以测量磁场的大小。实验中所测得的器件磁场灵敏度为178kHz/T。总之,我们把石墨烯和光纤传感器结合了起来,制备出了基于悬空石墨烯的光纤传感器,并测试了其电流传感性能和磁场传感性能。相信这种全新的传感器能够给光纤传感器的进一步发展带来一定的借鉴意义。
【关键词】：光纤 传感器 石墨烯 电流传感 磁场传感
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ127.11;TP212
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-30
• 1.1 光纤传感简介11-13
• 1.1.1 光纤传感器概述11
• 1.1.2 光纤传感器的分类11-12
• 1.1.3 光纤传感器的主要商用领域12-13
• 1.2 石墨烯基础13-21
• 1.2.1 石墨烯的结构13-15
• 1.2.2 石墨烯的性能15-17
• 1.2.3 石墨烯的拉曼表征方法17-18
• 1.2.4 石墨烯的制备方法18-19
• 1.2.5 石墨烯的应用19-21
• 1.3 石墨烯与光纤器件的结合21-24
• 1.3.1 石墨烯与光纤端面的结合21-22
• 1.3.2 石墨烯与D型光纤的结合22-23
• 1.3.3 石墨烯与微光纤的结合23-24
• 1.4 本论文的结构和提纲24
• 参考文献24-30
• 第二章 器件的制备30-41
• 2.1 石墨烯样品的准备31-35
• 2.1.1 石墨烯样品的表征31-33
• 2.1.2 铜箔的腐蚀33-34
• 2.1.3 石墨烯的清洗34-35
• 2.2 含电极的光纤样品的制备35-38
• 2.2.1 光纤的腐蚀35-36
• 2.2.2 金电极的制备36-38
• 2.3 石墨烯转移38-39
• 2.4 小结39
• 参考文献39-41
• 第三章 基于悬空石墨烯的光纤电流传感器41-55
• 3.1 光纤电流传感器41-43
• 3.2 电流传感器灵敏度测试43-51
• 3.2.1 实验装置43-44
• 3.2.2 灵敏度测试44-48
• 3.2.3 电流灵敏度的理论分析48-51
• 3.3 响应时间的测量51-52
• 3.4 小结52
• 参考文献52-55
• 第四章 基于悬空石墨烯的光纤磁场传感器55-65
• 4.1 光纤磁场传感器55-56
• 4.2 磁场传感器的传感原理56-57
• 4.3 实验装置57-59
• 4.4 实验结果及分析59-62
• 4.4.1 静态测试59-60
• 4.4.2 动态测试60-62
• 4.5 小结62
• 参考文献62-65
• 第五章 总结与展望65-67
• 5.1 总结65
• 5.2 展望65-67
• 攻读硕士学位期间已发表的论文和申请的专利67-68
• 致谢68-69
• 附录69-73

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