蜘蛛丝光学传感特性研究
发布时间：2021-01-21 00:56
研究者们在自然界中发现了有很多天然的生物材料,它们相比于传统的复合材料表现出一种更加优秀的结构和特性,并且作为一种再生资源可以直接取自于环境。蜘蛛丝作为一种新型生物材料,具有很高的潜在的应用价值。它们不但具有良好的机械特性,而且由于其天然优势,使得它们具有独特的生物相容性、生物可吸收性和生态友好性。现在人们对于蜘蛛丝的研究主要在其力学性能方面,对于其光学性能以及其在光学领域的应用还非常少。本文主要研究蜘蛛丝作为光学纤维具有的光学特性以及其作为光学器件的传感特性。利用光的近场消逝波耦合方法把光耦合到蜘蛛丝里,采用测量散射损耗方法测量了蜘蛛丝的传输损耗。用浸润图像分析法测量了蜘蛛丝的折射率。用比较细的蜘蛛丝,例如拖丝（直径约15μm）,有类似于微纳光纤的传输光的性质,作为制作基于干涉结构的蜘蛛丝传感器的材料。制作了一种用大腹园蛛的拖丝制作的基于干涉结构的蜘蛛丝传感器。其结构为马赫-泽德干涉结构,并且对其传感特性进行了实验研究。分别研究了蜘蛛丝马赫-泽德光学微腔的温度传感特性,其传感特性为:温度增加干涉光谱蓝移,最高灵敏度为5.0nm/℃。回音壁模式光学谐振腔广泛地应用...
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
蜘蛛丝天然超级透镜
哈尔滨工程大学硕士学位论文8第2章蜘蛛丝的特性与光学传感所涉及的基本原理2.1引言蜘蛛丝对环境无毒害无污染，是一种生态友好型材料，如果用可以使其成为制作传统光纤传感器的材料，这将会起到促进环境保护的作用，是一件非常有意义的研究。在前人的研究工作基础上，人们意识到蜘蛛丝可以作为一种光学材料，而且由于蜘蛛丝的一些独特的性质，使得蜘蛛丝不但可以被应用于医学和纺织业领域，其在生物光纤传感领域也具备着巨大的潜在应用价值。因此本文就在这些研究的基础上，对蜘蛛丝的光学传感特性进行了研究，本文的研究课题对环境保护具有潜在的价值，并且对于蜘蛛丝在光学领域的研究具有很重要的意义。本文主要就蜘蛛丝的光学传感特性进行深入的研究。研究工作伊始，我们需要选择研究对象，由于比较细的蜘蛛丝例如拖丝（直径约1~5μm），有类似于微纳光纤的倏逝场传输光的性质，因此我们选择大腹园蛛的拖丝进行研究，将其用于制作基于干涉结构的蜘蛛丝传感器的材料。另外，由于比较粗的蜘蛛丝例如包卵丝（直径约13-15μm），呈圆柱状，表面光滑，质地均匀，具有制作光学微腔的可能性，因此我们选择大腹园蛛的包卵丝进行研究，将其作为制作基于回音壁模式的蜘蛛丝传感器的材料。2.2蜘蛛丝的形态结构特性与蜘蛛丝的获取2.2.1蜘蛛的饲养与蜘蛛丝的获取不同的蜘蛛以及不同的蜘蛛丝都有不同的直径，我们实验用的蜘蛛为成年大腹园蛛（AraneusVentricosus），属于圆蛛属，圆蛛科，分布于世界各地，是生活中非常常见的一种蜘蛛[29]，这也是我们选择其为我们的研究对象的原因之一，其形态外貌如下图2.1所示。图2.1大腹园蛛实物图
第2章蜘蛛丝的特性与光学传感所涉及的基本原理9为了更方便地使用大腹园蛛的蜘蛛丝进行实验，我们就必须饲养一些供我们实验用的大腹园蛛，我们首先购买一定数量的成体大腹园蛛，将其安置在带有湿润泥土的爬虫盒中，定时洒水湿润爬虫盒中的泥土，并且定时喂食面包虫作为其食物。因为大腹园蛛在温度低于20℃时，会停止活动甚至死亡，因此我们将爬虫盒放置在带有功率调节加热灯，并且有温湿度计的保温箱中，温度控制在25℃~30℃，湿度保持在40%RH~60%RH之间。大腹园蛛饲养实物图如下图2.2所示。图2.2大腹园蛛饲养实物图在进行实验前，首先需要获取比较均匀的可以用于实验的蜘蛛丝，这里选取的是大腹园蛛的拖丝，下面就是获取大腹园蛛拖丝的方法：从饲养的大腹园蛛腺体抽取其拖丝，将蜘蛛用透明胶带固定在一个板子上，然后用镊子刺激大腹园蛛的腹部大壶腺体，直到有拖丝粘到镊子上。接着将蜘蛛拖丝用双面胶将其粘在手动绕线器上进行匀速抽丝，这样抽出来的蜘蛛丝能够保证其均匀性。其取丝后绕线器上的蜘蛛丝如下图2.3所示。图2.3蜘蛛丝绕线器（a）抽取蜘蛛丝的手动绕线器（b）绕线器其中的一扇上绷紧的蜘蛛拖丝此方法能够获取大量均匀的，一致的大腹园蛛拖丝，以便进行接下来的工作。普通常见的蜘蛛丝，如现研究最为广泛的牵引丝也叫拖丝，框丝等在导光性能上存在一些问题，比如蜘蛛丝表面的可能粗糙，以及其内部结构的复杂性，都是蜘蛛丝作为光学
本文编号：2990122
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
蜘蛛丝天然超级透镜
哈尔滨工程大学硕士学位论文8第2章蜘蛛丝的特性与光学传感所涉及的基本原理2.1引言蜘蛛丝对环境无毒害无污染，是一种生态友好型材料，如果用可以使其成为制作传统光纤传感器的材料，这将会起到促进环境保护的作用，是一件非常有意义的研究。在前人的研究工作基础上，人们意识到蜘蛛丝可以作为一种光学材料，而且由于蜘蛛丝的一些独特的性质，使得蜘蛛丝不但可以被应用于医学和纺织业领域，其在生物光纤传感领域也具备着巨大的潜在应用价值。因此本文就在这些研究的基础上，对蜘蛛丝的光学传感特性进行了研究，本文的研究课题对环境保护具有潜在的价值，并且对于蜘蛛丝在光学领域的研究具有很重要的意义。本文主要就蜘蛛丝的光学传感特性进行深入的研究。研究工作伊始，我们需要选择研究对象，由于比较细的蜘蛛丝例如拖丝（直径约1~5μm），有类似于微纳光纤的倏逝场传输光的性质，因此我们选择大腹园蛛的拖丝进行研究，将其用于制作基于干涉结构的蜘蛛丝传感器的材料。另外，由于比较粗的蜘蛛丝例如包卵丝（直径约13-15μm），呈圆柱状，表面光滑，质地均匀，具有制作光学微腔的可能性，因此我们选择大腹园蛛的包卵丝进行研究，将其作为制作基于回音壁模式的蜘蛛丝传感器的材料。2.2蜘蛛丝的形态结构特性与蜘蛛丝的获取2.2.1蜘蛛的饲养与蜘蛛丝的获取不同的蜘蛛以及不同的蜘蛛丝都有不同的直径，我们实验用的蜘蛛为成年大腹园蛛（AraneusVentricosus），属于圆蛛属，圆蛛科，分布于世界各地，是生活中非常常见的一种蜘蛛[29]，这也是我们选择其为我们的研究对象的原因之一，其形态外貌如下图2.1所示。图2.1大腹园蛛实物图
第2章蜘蛛丝的特性与光学传感所涉及的基本原理9为了更方便地使用大腹园蛛的蜘蛛丝进行实验，我们就必须饲养一些供我们实验用的大腹园蛛，我们首先购买一定数量的成体大腹园蛛，将其安置在带有湿润泥土的爬虫盒中，定时洒水湿润爬虫盒中的泥土，并且定时喂食面包虫作为其食物。因为大腹园蛛在温度低于20℃时，会停止活动甚至死亡，因此我们将爬虫盒放置在带有功率调节加热灯，并且有温湿度计的保温箱中，温度控制在25℃~30℃，湿度保持在40%RH~60%RH之间。大腹园蛛饲养实物图如下图2.2所示。图2.2大腹园蛛饲养实物图在进行实验前，首先需要获取比较均匀的可以用于实验的蜘蛛丝，这里选取的是大腹园蛛的拖丝，下面就是获取大腹园蛛拖丝的方法：从饲养的大腹园蛛腺体抽取其拖丝，将蜘蛛用透明胶带固定在一个板子上，然后用镊子刺激大腹园蛛的腹部大壶腺体，直到有拖丝粘到镊子上。接着将蜘蛛拖丝用双面胶将其粘在手动绕线器上进行匀速抽丝，这样抽出来的蜘蛛丝能够保证其均匀性。其取丝后绕线器上的蜘蛛丝如下图2.3所示。图2.3蜘蛛丝绕线器（a）抽取蜘蛛丝的手动绕线器（b）绕线器其中的一扇上绷紧的蜘蛛拖丝此方法能够获取大量均匀的，一致的大腹园蛛拖丝，以便进行接下来的工作。普通常见的蜘蛛丝，如现研究最为广泛的牵引丝也叫拖丝，框丝等在导光性能上存在一些问题，比如蜘蛛丝表面的可能粗糙，以及其内部结构的复杂性，都是蜘蛛丝作为光学
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