新型光子晶體光纖氣體傳感器研究.pdf

1、對(duì)甲烷、氨氣、乙炔各種等污染氣體的檢測(cè)在工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境檢測(cè)等方面有重要意義。光纖光學(xué)氣體傳感技術(shù)在這方面有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，例如抗電磁干擾能力強(qiáng)，體積小，易實(shí)現(xiàn)分布式傳感等。
　　本論文緊緊圍繞光子晶體光纖氣體傳感這一主題，主要研究工作和創(chuàng)新點(diǎn)包括以下幾個(gè)方面：
　　1）利用全矢量有限元方法計(jì)算了空氣包層全反射型多孔聚合物THz光纖的單模傳輸條件和模場(chǎng)的分布情況。指出對(duì)于該種波導(dǎo)，單模條件和很好的模場(chǎng)分布不能同時(shí)得到滿足。最后利用階

2、躍光纖單模條件和洛倫茲洛倫茨公式，分析了造成這種困難的原因。
　　2）研究了聚偏氟乙烯（PVDF）這種鐵電材料在THz波段的折射率變化情況，以及聚偏氟乙烯（PVDF）鍍層的空氣包層全反射型THz多孔光纖表面類等離子體共振現(xiàn)象。并由此設(shè)計(jì)了一種氣體折射率傳感器，研究發(fā)現(xiàn)該傳感器對(duì)氣體折射率的傳感靈敏度在傳輸波長(zhǎng)為304μm時(shí)最高。假設(shè)檢測(cè)儀器可以響應(yīng)1％的THz波強(qiáng)度變化，該氣體傳感器的檢測(cè)分辨率可達(dá)到1.45×10-4RIU。

3、r>　　3）利用空心光子晶體光纖獨(dú)特的導(dǎo)光特性，設(shè)計(jì)了一種新型光譜吸收型氣體傳感器。用空心光子晶體光纖做氣室，實(shí)驗(yàn)測(cè)量了乙炔氣體在13吸收帶的吸收光譜，利用這一吸收帶P11吸收峰的衰減系數(shù)推算得到該傳感器對(duì)乙炔的檢測(cè)靈敏度達(dá)到143ppmv。
　　4）以摻鉺光纖激光器為二能級(jí)速率方程為基礎(chǔ)，理論和實(shí)驗(yàn)上討論了激光器輸出鏡反射率，閾值效應(yīng)，以及模式競(jìng)爭(zhēng)對(duì)氣體檢測(cè)靈敏度的影響。分析表明：改變腔反射鏡的反射率可改變激光在腔內(nèi)的反射次數(shù)，

4、相當(dāng)于改變了吸收長(zhǎng)度以提高探測(cè)靈敏度；閾值效應(yīng)對(duì)靈敏度的改變具有非線性性，閾值附近探測(cè)靈敏度放大倍數(shù)理論上講可以無限大；模式競(jìng)爭(zhēng)相當(dāng)于放大了氣體對(duì)激光的吸收截面，從而使激光器運(yùn)轉(zhuǎn)在多模狀態(tài)時(shí)傳感靈敏度比運(yùn)轉(zhuǎn)在單模時(shí)提高了很多倍。
　　5）提出一種基于雙波長(zhǎng)摻鉺光纖激光器模式競(jìng)爭(zhēng)的有源內(nèi)腔氣體傳感技術(shù)。實(shí)驗(yàn)研究了泵浦強(qiáng)度以及腔內(nèi)兩波長(zhǎng)激光相對(duì)損耗對(duì)氣體檢測(cè)靈敏度的影響。利用溫度對(duì)光纖Bragg光柵中心波長(zhǎng)的影響，測(cè)量了氨氣在1531