当前位置:主页 > 科技论文 > 自动化论文 >

基于纳米功能材料集成微结构光纤的传感器研究

发布时间:2018-03-07 03:19

  本文选题:光纤传感 切入点:微结构光纤 出处:《天津理工大学》2017年硕士论文 论文类型:学位论文


【摘要】:随着信息时代和物联网应用的到来以及快速发展,光通信、光互联等高速率信息的传输及处理的要求越来越高。为满足全光纤光子集成系统对微纳光子器件的要求,人们不断探求新材料、新原理、新方案和构思。结合微纳波导技术与光电功能材料物理效应,通过研究光波导中的光束传输和调控从而实现微纳光子器件成为了光子学领域发展的重要课题。本文是以各种微结构的微纳光纤作为敏感元件,借助其强倏逝场等特性,并与纳米功能材料相结合,与周围环境产生紧密的相互作用,研究了对外界环境参量敏感的一系列微结构光纤传感器。本文主要采用电弧放电法对具有不同传导特性的光纤进行了微结构设计,分析了其中光传播的特性,并结合纳米功能材料对其传感特性进行了理论和实验分析,实现了高灵敏度、低温敏感传感,具有较好的应用前景。本论文主要研究内容包括:1.熔接机电弧放电法制备微结构光纤。借助控制高精度平移台步进距离、速度以及熔接机的放电时间、放电功率等参数,不同直径、不同锥区长度等不同参数的锥型微结构光纤可以被制备出来。通过数值计算理论分析了锥形微结构光纤的倏逝场特性和模式能量分布的特点。随着光纤直径的减小,光纤中能量将不局限在光纤纤芯当中,有一部分能量将泄漏到包层当中,以倏逝波的形式存在。光纤直径越小,倏逝场能量越强,与外界相互作用也会增强,对外界环境变化的检测越加灵敏。2.基于周期锥微结构单模光纤以及集成SiO2纳米粒子拉锥方形光纤分别提出了折射率传感器以及相对湿度传感器。通过对高精度的平移台以及熔接机放电参数的调控分别制备出了周期锥微结构单模光纤以及锥结构方形光纤,并将锥结构方形光纤与SiO2纳米粒子集成,分析了这两种传感器的传感机理,构建了有效的理论模型,并分别通过实验分析了外界折射率对周期锥微结构单模光纤以及相对湿度对基于SiO2纳米粒子锥结构方形光纤这两种传感器的传感特性。3.提出并实现了两种基于微结构全固波导阵列光纤的磁场传感器。分别通过熔接机电弧放电的方法在全固波导阵列光纤上制备出了锥结构以及周期锥结构,并结合纳米磁流体材料实现了对外界磁场的高灵敏度测量。计算了这两种微结构光纤的模式耦合以及干涉特性,并对其特性进行理论模拟。具体分析了两种磁场传感器的干涉峰强度以及振幅随外加磁场的变化。
[Abstract]:With the advent and rapid development of the information age and the Internet of things applications, the requirements of transmission and processing of high rate information, such as optical communication, optical interconnection, etc, are becoming more and more high. People are constantly searching for new materials, new principles, new schemes and ideas, combining micro-nano waveguide technology with physical effects of optoelectronic functional materials, It has become an important subject in the field of photonics to study the beam propagation and control in optical waveguides so as to realize the development of micro-nano photons. In this paper, various micro-nanofibers are used as sensitive elements, with the help of their strong evanescent field, and so on. And combined with nano-functional materials to produce close interaction with the surrounding environment, A series of microstructural optical fiber sensors which are sensitive to external environment parameters are studied in this paper. In this paper, the microstructural design of optical fiber with different conduction characteristics is carried out by arc discharge method, and the characteristics of optical propagation are analyzed. The sensing characteristics of nano-functional materials are analyzed theoretically and experimentally, and high sensitivity and low temperature sensitive sensing are realized. The main contents of this thesis are as follows: 1. The micro-structure optical fiber is fabricated by arc discharge method of welding machine. The parameters such as step distance, speed, discharge time and discharge power of welding machine are controlled by controlling the step distance of high precision translation table, the speed of welding machine, the discharge power and so on. Conical microstructured fibers with different diameters and different cone lengths can be fabricated. The evanescent field characteristics and mode energy distribution characteristics of tapered microstructured fibers are analyzed by numerical calculation theory. With the decrease of fiber diameter, the characteristics of evanescent field and mode energy distribution are analyzed. The energy in the fiber will not be confined to the fiber core. Some of the energy will leak into the cladding and exist as evanescent waves. The smaller the diameter of the fiber, the stronger the evanescent field energy, and the greater the interaction with the outside world. The detection of environmental change is more sensitive. Based on periodic cone microstructured single-mode fiber and integrated SiO2 nano-particle tapered square fiber, a refractive index sensor and a relative humidity sensor are proposed. The single mode fiber with periodic conical structure and square fiber with conical structure were fabricated by adjusting discharge parameters of the translation table and the welding machine respectively. The sensor mechanism of the two sensors is analyzed, and an effective theoretical model is constructed by integrating the square fiber with the conical structure with the SiO2 nanoparticles. The sensing characteristics of external refractive index pair periodic cone microstructure single mode fiber and relative humidity pair square fiber based on SiO2 nano-particle cone structure are analyzed by experiments. 3. Two kinds of sensors based on micrometer are proposed and realized. Magnetic field sensor of fiber optic fiber with full solid waveguide array. The conical structure and periodic cone structure were fabricated on the fiber by arc discharge of welding machine, respectively. The high sensitivity measurement of the external magnetic field is realized by combining the nano-magnetic fluid material. The mode coupling and interference characteristics of the two kinds of microstructured optical fibers are calculated. The interference peak intensity and amplitude of two kinds of magnetic field sensors are analyzed in detail.
【学位授予单位】:天津理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TB383.1;TP212

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 李冬冬;佘江波;王丽莉;彭波;;微结构光纤生化传感器研究进展[J];西安邮电大学学报;2013年03期

2 傅恩生;微结构光纤[J];激光与光电子学进展;2003年03期

3 崇英哲,任晓敏;微结构光纤—新型光通信媒质[J];光通信研究;2004年02期

4 胡明列,王清月,栗岩锋,王专,倪晓昌,柴路,张志刚,章若冰,侯蓝田,李曙光,周桂耀;非均匀微结构光纤中超连续光的产生和传输[J];中国激光;2004年05期

5 胡明列,王清月,栗岩锋;微结构光纤的有限元分析计算法[J];中国激光;2004年11期

6 陈伟,李进延,李诗愈,李海清,蒋作文,成煜;微结构光纤的制造工艺研究[J];光通信研究;2005年03期

7 陆洋,张冶金,杨四刚,彭小舟,陈向飞,谢世钟;多极化方法研究微结构光纤特性[J];半导体光电;2005年03期

8 李曙光,周桂耀,邢光龙,侯蓝田,王清月,栗岩锋,胡明列;微结构光纤中超短激光脉冲传输的数值模拟[J];物理学报;2005年04期

9 郭巍;周桂耀;侯蓝田;韩颖;刘艳云;李秋菊;;微结构光纤的制备及其技术进展[J];光通信技术;2006年01期

10 刘艳云;侯蓝田;李秋菊;韩颖;刘兆伦;郭巍;;相干背散射法测量微结构光纤中的光子局域化[J];中国激光;2006年03期

相关会议论文 前6条

1 郑娟娟;侯蓝田;周桂耀;侯峙云;李曙光;邢广忠;;微结构光纤中光子局域化现象[A];第十届全国红外加热暨红外医学发展研讨会论文及论文摘要集[C];2005年

2 蒋作文;李进延;李诗愈;陈伟;李海清;;微结构光纤结构设计和制备技术的研究[A];全国第十二次光纤通信暨第十三届集成光学学术会议论文集[C];2005年

3 耿慧;熊飞;刘洋;胡威;;微结构光纤的色散特性及其最新进展[A];2012电力行业信息化年会优秀论文专辑[C];2012年

4 王丽莉;;微结构聚合物光纤规模化制造与应用技术最新研究进展[A];全国第15次光纤通信暨第16届集成光学学术会议论文集[C];2011年

5 罗文勇;李诗愈;陈伟;殷江明;莫琦;胡福明;;FTTH用微结构光纤的精确研制与性能研究[A];第九届中国通信学会学术年会论文集[C];2012年

6 郑龙;张霞;施雷;高静;马会芳;黄永清;任晓敏;;基于金纳米层的微结构光纤表面等离子体共振传感器[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年

相关博士学位论文 前10条

1 魏巍;微纳光子学若干关键器件的理论与实验研究[D];北京邮电大学;2015年

2 栾楠楠;基于微结构光纤的气体和表面等离子体共振传感器研究[D];天津大学;2015年

3 王然;微纳结构光子器件及高效差频太赫兹辐射源的研究[D];天津大学;2015年

4 鹿文亮;基于耦合理论的微结构光纤及其应用研究[D];北京交通大学;2015年

5 陈海良;功能材料填充微结构光纤光子器件的研究[D];燕山大学;2016年

6 王方;色散调控的氟碲酸盐微结构光纤及其在超连续谱产生中的应用[D];吉林大学;2017年

7 冀玉领;微结构光纤中的模间干涉及光腔的模式耦合[D];燕山大学;2005年

8 王伟;色散平坦微结构光纤理论设计及四波混频特性的研究[D];燕山大学;2010年

9 宋学鹏;微结构光纤非线性特性的理论及其实验研究[D];北京邮电大学;2006年

10 吴志芳;微结构光纤模式控制机理和应用研究[D];南开大学;2013年

相关硕士学位论文 前10条

1 刘司英;锥形微结构光纤基本特性研究[D];燕山大学;2009年

2 杨春雪;基于偶氮材料填充的微结构光纤传感器件研究[D];南开大学;2015年

3 袁俊伟;微结构光纤长周期光栅的制备与传感特性研究[D];中国计量学院;2015年

4 毕新英;微结构光纤相位匹配及频率变换的研究[D];燕山大学;2016年

5 刘志宏;飞秒脉冲泵浦下锥形微结构光纤超连续谱产生的实验研究[D];燕山大学;2016年

6 李鹏冲;基于微结构光纤的近零色散特性的理论研究和光纤设计[D];燕山大学;2016年

7 伍坚;基于量子点填充的微结构光纤多参量荧光温度传感特性研究[D];深圳大学;2016年

8 马茜茜;基于纳米功能材料集成微结构光纤的传感器研究[D];天津理工大学;2017年

9 周会丽;色散平坦微结构光纤及器件的理论与实验研究[D];北京邮电大学;2009年

10 郑龙;新型微结构光纤设计及其应用研究[D];北京邮电大学;2011年



本文编号:1577717

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/zidonghuakongzhilunwen/1577717.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户a3413***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com