基于氧化石墨烯的光纤干涉传感技术研究与应用
发布时间：2021-10-19 23:48
在传感技术领域中,光纤传感由于其独特的优良特性受到了全世界研究者的青睐,经过几代研究工作者的共同努力,光纤传感已经在各种工程领域得到了广泛应用,并且扮演着有不可替代的角色。近年来,随着工程领域中的传感需求不断朝着多元化的方向发展,传统单一结构的光纤传感器正面临着传感能力需要进一步提升的问题,发明新型的光纤传感器以满足多元化的传感需求是研究者面临的一大挑战。针对这一问题,本论文立足光纤传感技术前沿,开展了光纤传感技术学科与材料学科交叉融合的研究,实现了光纤传感器在传感功能上的提升。在众多类型的材料中,氧化石墨烯与光纤的结合具有天然的优势:氧化石墨烯的功能化特性可为传统的光纤赋予新的传感功能,光纤作为光传输波导可为氧化石墨烯提供性质稳定的承载基底,两者的结合相辅相成,形成的新型传感器件兼具两者各自的优势,凸显出了重要的研究价值和应用潜力。然而,作为一个学科交叉的新型研究课题,基于氧化石墨烯的传感器件特别是光纤传感器件大多还处于实验研究阶段,真正应用到实际工程中还面临着诸多复杂的技术难题,需要在器件的结构设计、制作工艺以及系统的硬软件实现和性能优化中做大量的工作。在国家自然科学基金项目的支持...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：117 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
(a)FBG结构；(b)FBG反射光谱；(c)FBG透射光谱
FBG 传感器已经日趋成熟，商业化程度也日渐提高，在结构健医疗应用[13]、井下勘探[14]等传感领域发挥着十分重要的作用。 光纤法布里-珀罗干涉仪纤 FP 干涉仪型传感器是由 FP 干涉仪演化而来，光纤 FP 干涉仪型传小，稳定性高等特点迅速进入了人们的研究视线并逐步应用于各种纤 FP 干涉仪型传感器是在光纤内人为的制作出两个反射面，使得光过两个反射面时发生反射，反射光在返回时相遇形成干涉。两个反 为 FP 腔长，腔体内介质的折射率为 N，反射的干涉光信号与腔长和关，当外界被测参量作用在传感器上导致腔长 L 或者腔体折射率 N反射回的干涉光信号随之发生变化，通过光信号解调处理我们就可测参量的变化信息。据光纤 FP 腔体结构的不同，光纤 FP 干涉仪型传感器主要分为三种光纤 FP 腔传感器、非本征型光纤 FP 腔传感器和线性复合型光纤 FP图 1-2 所示。
在这种结构中，光纤作为 FP 腔的腔体，起到了“传”和“感”能，并且光在光纤腔体中传输时不会发生漏光现象，因此传输损耗较小，在比较大的情况下仍能得到消光比很高的干涉条纹。考虑到稳定性的问题，本的光纤 FP 腔传感器一般选用 1 cm 左右的腔长。图 1-2(b)为非本征型光纤 FP 腔传感器。在这种结构中，一根套管把两根端平的光纤固定对齐，空气作为腔体介质，两根光纤端面距离为腔体长度 L。光面可以镀上反射膜以对光起到反射作用，也可以不镀反射膜由光纤端面的菲反射对光起到反射作用。这种结构易于制作，并且可以精确控制 FP 腔体的腔长目前最常用的 FP 型传感器结构。图 1-2(c)为线性复合型光纤 FP 腔传感器。它是介于本征型 FP 腔和非本征P 腔的一种复合结构。它把非本征型结构中的套管换成了一根直径跟光纤一样空心导管。由于传输光在出射第一个反射面时会有一个发散角，导致了光在形成的法珀腔体中损耗很大，要想得到消光比大的干涉条纹，必须减小腔体度，这就使得制作这种结构的工艺难度大大增加。目前，这种结构的 FP 腔很到应用。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于长周期光纤光栅和Sagnac环的温度与折射率的区分测量[J]. 邵敏,乔学光,傅海威,兆雪,高宏,刘钦朋. 光电子.激光. 2012(08)
[2]光纤干涉型传感器原理及其相位解调技术[J]. 裴雅鹏,杨军,苑立波. 光学与光电技术. 2005(03)
博士论文
[1]基于氧化石墨烯的光学生化传感检测研究[D]. 张倩.浙江大学 2017
[2]微纳光纤环MOEMS加速度传感器理论与应用研究[D]. 吴宇.浙江大学 2008
本文编号：3445831
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：117 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
(a)FBG结构；(b)FBG反射光谱；(c)FBG透射光谱
FBG 传感器已经日趋成熟，商业化程度也日渐提高，在结构健医疗应用[13]、井下勘探[14]等传感领域发挥着十分重要的作用。 光纤法布里-珀罗干涉仪纤 FP 干涉仪型传感器是由 FP 干涉仪演化而来，光纤 FP 干涉仪型传小，稳定性高等特点迅速进入了人们的研究视线并逐步应用于各种纤 FP 干涉仪型传感器是在光纤内人为的制作出两个反射面，使得光过两个反射面时发生反射，反射光在返回时相遇形成干涉。两个反 为 FP 腔长，腔体内介质的折射率为 N，反射的干涉光信号与腔长和关，当外界被测参量作用在传感器上导致腔长 L 或者腔体折射率 N反射回的干涉光信号随之发生变化，通过光信号解调处理我们就可测参量的变化信息。据光纤 FP 腔体结构的不同，光纤 FP 干涉仪型传感器主要分为三种光纤 FP 腔传感器、非本征型光纤 FP 腔传感器和线性复合型光纤 FP图 1-2 所示。
在这种结构中，光纤作为 FP 腔的腔体，起到了“传”和“感”能，并且光在光纤腔体中传输时不会发生漏光现象，因此传输损耗较小，在比较大的情况下仍能得到消光比很高的干涉条纹。考虑到稳定性的问题，本的光纤 FP 腔传感器一般选用 1 cm 左右的腔长。图 1-2(b)为非本征型光纤 FP 腔传感器。在这种结构中，一根套管把两根端平的光纤固定对齐，空气作为腔体介质，两根光纤端面距离为腔体长度 L。光面可以镀上反射膜以对光起到反射作用，也可以不镀反射膜由光纤端面的菲反射对光起到反射作用。这种结构易于制作，并且可以精确控制 FP 腔体的腔长目前最常用的 FP 型传感器结构。图 1-2(c)为线性复合型光纤 FP 腔传感器。它是介于本征型 FP 腔和非本征P 腔的一种复合结构。它把非本征型结构中的套管换成了一根直径跟光纤一样空心导管。由于传输光在出射第一个反射面时会有一个发散角，导致了光在形成的法珀腔体中损耗很大，要想得到消光比大的干涉条纹，必须减小腔体度，这就使得制作这种结构的工艺难度大大增加。目前，这种结构的 FP 腔很到应用。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于长周期光纤光栅和Sagnac环的温度与折射率的区分测量[J]. 邵敏,乔学光,傅海威,兆雪,高宏,刘钦朋. 光电子.激光. 2012(08)
[2]光纤干涉型传感器原理及其相位解调技术[J]. 裴雅鹏,杨军,苑立波. 光学与光电技术. 2005(03)
博士论文
[1]基于氧化石墨烯的光学生化传感检测研究[D]. 张倩.浙江大学 2017
[2]微纳光纤环MOEMS加速度传感器理论与应用研究[D]. 吴宇.浙江大学 2008
本文编号：3445831
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