光子晶體光纖有源內(nèi)腔氣體傳感研究.pdf

1、在工業(yè)生產(chǎn)中,對(duì)易燃、易爆的有害氣體(例如乙炔、氨氣、甲烷)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)非常重要,光纖氣體傳感技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生,其具有體積小、抗電磁干擾能力強(qiáng)、易實(shí)現(xiàn)分布式傳感等優(yōu)點(diǎn)。光子晶體光纖有源內(nèi)腔氣體傳感技術(shù)因?yàn)榇蟠筇岣吡藲怏w與激光接觸的面積,使氣體對(duì)光能夠充分吸收,進(jìn)而大大增加檢測(cè)靈敏度而成為研究熱點(diǎn)。
　　本論文圍繞光子晶體光纖有源內(nèi)腔氣體傳感這一主題展開(kāi),主要研究?jī)?nèi)容包括以下幾點(diǎn):
　　1.設(shè)計(jì)了一種新型空芯光子晶體光纖,其包層小空

2、氣孔的直徑約為2.4μm,每個(gè)小孔間的間隔是3.8μm,纖芯直徑是11μm。然后將該光子晶體光纖的傳輸波長(zhǎng)分別設(shè)置在C2H2和NH3的吸收峰處(1530nm和1967nm)使用 COMSOL Multiphysics有限元軟件進(jìn)行數(shù)值計(jì)算,得到的相對(duì)靈敏度因子均高于0.95,同時(shí)模擬了空氣孔直徑和模場(chǎng)有效折射率對(duì)相對(duì)靈敏度因子在1530nm和1967nm波長(zhǎng)處的影響。根據(jù)數(shù)值模擬的結(jié)論可以預(yù)測(cè),若將該光子晶體光纖用于乙炔及氨氣檢測(cè),可以

3、大大提高檢測(cè)靈敏度。
　　2.對(duì)環(huán)形腔中不同耦合器耦合比下腔內(nèi)損耗對(duì)輸出功率的影響和泵浦功率對(duì)靈敏度提高因子的影響進(jìn)行了數(shù)值模擬,得到耦合比越高檢測(cè)靈敏度越高以及當(dāng)激光工作在閾值附近時(shí)靈敏度會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他情況的結(jié)論。此外,在實(shí)驗(yàn)中我們還驗(yàn)證了這一結(jié)論,理論和實(shí)驗(yàn)得到了很好的一致性。
　　3.實(shí)驗(yàn)中,針對(duì)外腔吸收和內(nèi)腔吸收做了對(duì)比,當(dāng)把纏有光子晶體光纖的氣室填充0.2MPa的乙炔氣體,并把此氣室置于腔外時(shí),再把輸出激光波長(zhǎng)設(shè)置