微納光纖布喇格光柵氫氣傳感器研究.pdf

1、近年來(lái)隨著氫氣在能源和工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用逐漸深入，在含氫環(huán)境中作業(yè)（車間、礦井等）中的對(duì)氫氣濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)至關(guān)重要。傳統(tǒng)電學(xué)氫氣濃度傳感器，有可能產(chǎn)生會(huì)產(chǎn)生發(fā)熱、電荷堆積、電磁效應(yīng)甚至是迸發(fā)電火花的情況，使得傳感器本身在含氫環(huán)境中成為了新的安全隱患。光纖氫傳感器通過(guò)在光纖的表面鍍鈀膜，通過(guò)膜結(jié)構(gòu)吸收氫氣引起的光纖中光強(qiáng)、相位、偏振態(tài)等參量的變化實(shí)現(xiàn)氫氣濃度檢測(cè)。與電傳感器相比，光纖氫氣傳感器具有本質(zhì)安全性，但面臨著靈敏度不高、溫度交叉敏感性強(qiáng)

2、等難題。本文針對(duì)以上問(wèn)題，提出微納光纖光柵氫傳感器方案。通過(guò)將傳統(tǒng)單模光纖熔融拉錐至直徑數(shù)微米，形成微納光纖，在光纖上進(jìn)行布喇格光柵并鍍鈀膜。當(dāng)鈀膜吸氫使膜折射率發(fā)生變化時(shí)，由于光與金屬膜之間的倏逝場(chǎng)作用，光柵反射波長(zhǎng)發(fā)生變化，通過(guò)對(duì)波長(zhǎng)漂移量的測(cè)量感測(cè)氫氣濃度。與現(xiàn)有技術(shù)相比，我們的方案具有高靈敏度，低溫度交叉響應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。
　　本文主要研究?jī)?nèi)容如下：
　?。?）分析了微納光纖的光學(xué)特性和倏逝場(chǎng)傳感原理，通過(guò)熔融拉錐方法制備

3、不同直徑的微納光纖。
　?。?）分析了氫敏材料金屬鈀（Pd）的吸氫特性，包括與氫元素的結(jié)合方式及產(chǎn)生的自身體積膨脹，復(fù)折射率變化等。研究并優(yōu)化了將鈀均勻沉積在光纖表面的工藝。
　　（3）以微納光纖光柵的高效紫外寫(xiě)制為基礎(chǔ)并結(jié)合鈀膜的沉積制備氫氣傳感器。對(duì)不同直徑的微納光纖光柵傳感器對(duì)氫氣濃度的響應(yīng)進(jìn)行了測(cè)量。結(jié)果表明：光柵反射波長(zhǎng)隨著氫氣濃度增加而藍(lán)移，當(dāng)光纖直徑為3.3微米時(shí)，光譜漂移量達(dá)到-1.08 nm，靈敏度為普通單