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文檔簡介
1、隨著光纖傳感技術(shù)的快速發(fā)展,光纖氣體傳感器的研究受到廣泛重視。甲烷是礦井瓦斯主要成分,在空氣中極易發(fā)生爆炸,被視為煤礦事故的“頭號殺手”,故監(jiān)測其濃度意義重大。光子晶體光纖具有不同于傳統(tǒng)光纖的傳輸特性,從而使其在傳感方面具有很好的應(yīng)用,而它在結(jié)構(gòu)上的多孔特點,又使其在氣體傳感方面具有特殊的應(yīng)用。
論文提出一種基于模間干涉的光子晶體光纖(PCF)甲烷傳感方法,采用模間干涉原理分析甲烷傳感器的導(dǎo)光機理,并通過有限元法仿真分析PCF
2、甲烷傳感過程;研究敏感薄膜折射率對甲烷的響應(yīng)特性;利用光纖偏移熔接、毛細浸涂法制作PCF甲烷敏感薄膜傳感器;建立甲烷傳感實驗系統(tǒng),評價傳感器性能。主要內(nèi)容包括:
?、倩谀ig干涉原理,理論分析敏感薄膜折射率、厚度和作用長度對PCF反射干涉譜特征波長的影響。采用有限元法分析纖芯基模和包層模電場分布、纖芯基模和包層模有效折射率,模間有效折射率差(PCF特征波長)隨納米薄膜折射率、厚度和作用長度的變化規(guī)律。仿真結(jié)果表明,隨著敏感膜厚度
3、從100nm增加至300nm和薄膜折射率從1.455減少至1.410時,模間有效折射率差呈緩慢下降趨勢,干涉譜特征波長向短波方向移動。
②以Cryptophane A/紫外光固化氟硅氧烷納米薄膜為對象,研究甲烷濃度對薄膜折射率影響;在線測量結(jié)果表明敏感薄膜折射率隨甲烷濃度增加而線性減小,相關(guān)系數(shù)0.996。通過優(yōu)化光纖熔接參數(shù)、PCF塌縮長度、薄膜涂覆工藝,配制敏感膜涂覆溶液,并采用光纖偏移熔接、毛細浸涂技術(shù)制作PCF甲烷敏感
4、薄膜傳感器,表明光子晶體光纖最佳塌縮長度約240μm。
③在0%~3.5%甲烷濃度范圍里,實驗研究不同敏感薄膜厚度、PCF作用長度對干涉譜特征波長影響,表明隨著甲烷濃度增加,敏感膜折射率減小,從而引起干涉譜特征波長向短波方向移動。在薄膜厚度110nm至290nm范圍內(nèi),240nm厚度的傳感器表現(xiàn)出良好的線性關(guān)系,相關(guān)系數(shù)0.994。同時,研究非甲烷類氣體硫化氫(H2S)、二氧化碳(CO2)、氧氣(O2)和氮氣(N2)對傳感器影
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