微纳光纤传感器增敏技术研究

《微纳光纤传感器增敏技术研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、分类号ＴＮ１５１０７０２５４２５３学号密级Ｘ’ｉａｎＳｈｉｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｙ全日制学术型硕士学位论文＿题目微纳光纤传感器增敏技术研究作申请人张静乐傅海威教授导师姓名、职称请学位专业）名称物理电子学提交论文２０１８年６月８日日期学位论文创新性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果＝＞尽我所知，论文中不包含其他，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以处人已经发表或撰写过的研宄成果；也不包含为获得西安石油大学或其它教育机构的学位

2、或证书而使用过的材料一工作的同志对木研宄所做的任何贡献均已在论文中做。与我同了明确的说明并表示了谢意。一申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担切相关责任。论文作者签名：缺Ｖ考１日期：ＬＲ学位论文使用授权的说明本人完全了解西安石油大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安石油大学。学校享有以任何方法发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接。相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为西安石油大学论文作者签名：：

3、日期：．ＬＲ导师签名：日期Ａ〇Ｘ）？注，：如本论文涉密请在使用授权的说明中指出（含解密年限等中文摘要论文题目：微纳光纤传感器增敏技术研究专业：物理电子学硕士生：张静乐（签名）导师：傅海威（签名）摘要光纤传感在环境监测、生物、医学、通信、航空航天等领域已得到了广泛的应用。近年来，关于如何实现高灵敏度、高探测精度、大动态范围的新型光纤传感器件已成为了光纤传感领域的一个研究热点。微纳光纤传感器是以微纳光纤作为敏感元件，借助其强倏逝场等特性，对外界环境参量进行测量的一类传感器。相对于普通光纤传感器，微纳光纤传感器具有集成化、快响应、高灵

4、敏度等优点。近年来，随着对石墨烯类材料光学特性的研究并取得一系列研究的成果，研究者开始思考将微纳光纤与石墨烯类纳米材料结合以增强微纳光纤的传感特性，实现传感器的更高测量精度、更大测量范围以及对于待测量的选择性。本文围绕微纳光纤的增敏展开了一系列研究，首先介绍了微纳光纤及其传感器的发展现状，并对微纳光纤传感器增敏技术研究的意义进行了说明；然后阐述了微纳光纤的光波导特性，并对干涉型微纳光纤和微纳光纤布拉格光栅的传感机理进行了阐述。最后实验设计并制作了干涉型微纳光纤传感器和微纳光纤光栅传感器，并借助纳米材料氧化石墨烯(grapheneoxide

5、,GO)提高微纳光纤传感器的性能。（1）基于火焰熔融拉锥法制作锥形微纳光纤传感器。利用保偏光纤制作微纳光纤，通过不断改变拉锥参数，最终制作出性能优异的锥形微纳光纤器件，将其与氧化石墨烯结合构成基于氧化石墨烯的微纳光纤传感器，对该传感器的气体响应特性进行了研究，实验结果表明，锥形腰区直径为13μm，均匀区长度为6mm的锥形微纳光纤传感器表现更加优秀，在未涂覆氧化石墨烯时，该传感器对乙醇气体浓度的变化并不敏感，在涂覆氧化石墨烯后，传感器对乙醇气体的传感灵敏度显著提高，在0-80ppm乙醇气体浓度范围内，传感器的灵敏度为0.138nm/ppm，

6、且具有很好的重复性。利用光敏光纤拉锥制作的干涉型微纳光纤传感器也具有很高的灵敏度，在氨气浓度为40-80ppm范围内，其灵敏度为0.113nm/ppm。（2）通过相位掩模法刻写布拉格光栅，并对其腐蚀处理，制作出微纳光纤布拉格光栅传感器，对其传感特性进行研究。实验中采用不同类型的光纤制作微纳光纤布拉格光栅，实验发现，采用光敏光纤所制作的微纳光纤布拉格光栅传感器具有更好的传感表现，直径为5μm的微纳光纤布拉格光栅传感器，在氨气浓度在0-50ppm范围内，其灵敏度为0.156nm/ppm；直径为21μm的微纳光纤布拉格光栅传感器，在氨气浓度在0

7、-32ppm范围内，未涂覆氧化石墨烯的灵敏度为0.003nm/ppm，涂覆氧化石墨烯的为0.028II中文摘要nm/ppm。直径为8μm的微纳光纤布拉格光栅传感器，在湿度20%-65%RH范围内，其灵敏度为0.011nm/%RH；直径为21μm的微纳光纤布拉格光栅传感器，在湿度20%-90%RH范围内，涂覆氧化石墨烯前其灵敏度为0.002nm/%RH；涂覆氧化石墨烯后其灵敏度为0.008nm/%RH，是未涂覆氧化石墨烯的四倍。微纳光纤传感器在传感领域扮演越来越重要的角色，进一步提高其灵敏度、扩大测量范围以及实现选择性是微纳光纤传感器的一个

8、重要研究方向，在这一方向的突破研究，会使得微纳光纤传感器具有更加广阔的应用前景以及应用价值。关键词：微纳光纤，微纳光纤光栅，纳米材料，气体传感，湿度传感，增敏论文类型：基础研究III英文摘要S