带微通道的线内空气腔光纤干涉仪及其传感应用

发布时间：2020-10-12 20:43

　　 本文提出并制备了一种带微通道的线内空气腔光纤干涉仪,对其进行了关于气压和折射率的工作原理,传感特性的研究,并进行实验测量和分析。同时,对生物传感应用做了初步探究。主要工作内容包括:1.提出并制备了一种带微通道的线内空气腔光纤干涉仪。该干涉仪是将单模光纤通过飞秒激光加工系统的刻蚀,熔接机的熔接,加热微拉锥,飞秒激光在空气腔侧边刻蚀微通道等步骤,成功制备了具有单通道和双通道的线内空气腔光纤干涉仪。2.对基于带单微通道的干涉仪首先进行了应力传感实验,实验结果表明该干涉仪可以承受一定范围的应力,具有结构稳定坚固的优点。然后分别进行了温度传感和气压传感实验,分别得到温度灵敏度为33.06 pm/℃,气压灵敏度为-12.97nm/MPa。通过对实验结果分析可知,该干涉仪也受温度的影响,这样在气压传感实验中就很难区分出波长的漂移是否由气压的变化还是由温度的变化产生的漂移,即温度交叉敏感。精确的气压干涉仪在实际应用时应该考虑温度补偿,故在本实验中,为了精确的测量气压,进一步探究,用温度补偿的方法实现气压和温度的同时获得。基于该干涉仪的传感器具有对气压快速感应,结构紧凑,气压灵敏度高的优点。3.对该干涉仪进行了生物传感的初步探究。在进行生物传感实验之前,考虑到探究对象为溶液,为了使溶液可以成功的灌入干涉仪中的空气腔,干涉仪由原来的单个微通道增加至两个微通道。首先进行了应力实验,用来检测干涉仪的结构坚固性。考虑到光在液体中传输可能会有很大的损耗,为了更好的进行生物传感实验,首先进行了折射率范围与牛血清白蛋白溶液接近的NaCl溶液的液体折射率实验,得到其液体折射率灵敏度高达-13378.00nm/RIU。进一步将其应用于生物传感,实现干涉仪对于牛血清白蛋白溶液浓度的测量,得到其浓度灵敏度为-58.5nm/(mg/ml),并验证了其具有良好的稳定性。综上所述,带微通道的线内空气腔光纤干涉仪具有结构坚固,紧凑的优点,基于其良好的气压灵敏度,液体折射率灵敏度,在光纤应用领域具有很大的前景。
【学位单位】：中国计量大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH744.3
【部分图文】：

图 1.1 基于无芯光纤的实心腔光纤干涉仪.2， 2014 年，Yaxun Zhang 等人将一小截多模光纤熔接作为反射单模光纤的另一端镀金膜，增加反射率，光路剪头所示，构成了一个迈克尔逊干涉仪。其中多模光纤单模光纤中的包层模式，并通过理论和实验分析论证，的传感效应[9]。图 1.2 基于多模光纤的迈克尔逊干涉仪3，2015 年，Li Lijun 等人将一段长为 15 毫米的细芯光纤之间，然后将其分别与单模光纤熔接，两段单模光纤构成了一个马赫-曾德光纤干涉仪。研究其温度传感特性数核心和包层模式，干涉条纹随着环境温度而发生漂移

交叉灵敏度的问题[8]。图 1.1 基于无芯光纤的实心腔光纤干涉仪1.2， 2014 年，Yaxun Zhang 等人将一小截多模光纤熔接作为反射单模光纤的另一端镀金膜，增加反射率，光路剪头所示，构成了一个迈克尔逊干涉仪。其中多模光纤单模光纤中的包层模式，并通过理论和实验分析论证，的传感效应[9]。

2014 年，Yaxun Zhang 等人将一小截多模光纤熔接作为反射单模光纤的另一端镀金膜，增加反射率，光路剪头所示，构成了一个迈克尔逊干涉仪。其中多模光纤单模光纤中的包层模式，并通过理论和实验分析论证，的传感效应[9]。图 1.2 基于多模光纤的迈克尔逊干涉仪3，2015 年，Li Lijun 等人将一段长为 15 毫米的细芯光纤之间，然后将其分别与单模光纤熔接，两段单模光纤构成了一个马赫-曾德光纤干涉仪。研究其温度传感特性数核心和包层模式，干涉条纹随着环境温度而发生漂移达 157pm/℃[10]。
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本文编号：2838250