基于石墨烯涂覆的光纤折射率传感研究

发布时间：2023-08-09 16:03

　　近年来,光纤传感技术因其敏感性高、体积小、防电磁影响等特点,正受到越来越多研究学者的关注,并被逐渐应用到生物化学、环境检测、医疗等领域,其中如何改善折射率灵敏度,以及排除温度的交叉影响等问题更是成为大家研究的热点。本论文主要利用倾斜光纤光栅和空芯光纤与石墨烯薄膜结合制造出新的混合波导结构,再分别研究这两种基于石墨烯涂覆光纤器件的折射率传感特性。本文主要研究内容如下:首先,研究了石墨烯涂覆倾斜光纤光栅传感器。先介绍了等离子体增强化学气相沉积法制备石墨烯的实验方法,通过调节生长时间、等离子体发生器功率等参数,可以在光纤表面生长出高质量的石墨烯薄膜。实验中,在有效倾斜角为8°的倾斜光纤光栅上生长了厚度大约3.7 nm的石墨烯(约11层),通过实验测量以及分析其透射光谱包络面积的变化情况,结果显示涂覆石墨烯的倾斜光纤光栅在折射率1.33左右,其折射率灵敏度为-1.57161/RIU,与没有涂覆石墨烯时相比其灵敏度提高了大概20倍。因此,在倾斜光纤光栅表面生长石墨烯可以达到在低折射率范围内提高灵敏度的目的,这一结果在液体传感领域内都将有潜在应用。其次,研究了基于石墨烯涂覆空芯光纤的气体折射率传感...

【文章页数】：53 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 国内外研究动态
        1.2.1 倾斜光纤光栅的研究动态
        1.2.2 空芯光纤的研究动态
        1.2.3 石墨烯涂覆光纤结构研究动态
    1.3 本课题主要研究内容
第二章 传感特性研究
    2.1 倾斜光纤光栅的基本传感理论
        2.1.1 倾斜光纤光栅的折射率传感理论
        2.1.2 倾斜光纤光栅的温度传感理论
        2.1.3 倾斜光纤光栅的应力传感理论
    2.2 倾斜光纤光栅的模式耦合理论
    2.3 石墨烯的电、光学性能
    2.4 本章小结
第三章 基于石墨烯涂覆倾斜光纤光栅的折射率传感
    3.1 石墨烯的制备工艺研究
        3.1.1 石墨烯的制备过程
        3.1.2 石墨烯的表征
    3.2 石墨烯-倾斜光纤光栅的折射率传感实验研究
        3.2.1 实验装置及操作步骤
        3.2.2 实验结果讨论
    3.3 石墨烯-倾斜光纤光栅的温度传感实验
    3.4 本章小结
第四章 基于石墨烯涂覆空芯光纤的折射率传感
    4.1 石墨烯-空芯光纤传感器的制备
    4.2 石墨烯-空芯光纤混合波导的工作原理
    4.3 石墨烯-空芯光纤的折射率传感实验研究
        4.3.1 实验装置及操作步骤
        4.3.2 实验结果讨论
    4.4 石墨烯-空芯光纤的温度传感实验
    4.5 本章总结
第五章 总结
参考文献
附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文
附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目
致谢



本文编号：3840543