兩類消逝波型光纖傳感器的研究.pdf

1、基于消逝波的光纖傳感器是一種功能型光纖傳感器。與其他類型傳感器相比，消逝波型光纖傳感器具有成本低、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、靈敏度較高等優(yōu)勢(shì)。消逝波型光纖傳感器主要包括消逝波吸收型光纖傳感器、熒光光纖傳感器和表面等離子共振(SPR)光纖傳感器。本文探討了錐形光纖探頭的制備方法，構(gòu)建并研究了熒光光纖檢測(cè)系統(tǒng)，研究了兩種新型表面等離子共振傳感器的傳感原理。主要工作分為以下幾個(gè)方面:
　　 (1)利用布拉格光纖光柵，構(gòu)建了一個(gè)對(duì)光纖在氫氟酸緩沖溶液中

2、腐蝕過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)，得到了三個(gè)不同溫度下布拉格光纖光柵的特征波長(zhǎng)隨腐蝕時(shí)間的漂移曲線，并給出了詳細(xì)的理論分析。結(jié)果表明，通過(guò)觀測(cè)光纖光柵中心波長(zhǎng)隨腐蝕時(shí)間的的漂移，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖在氫氟酸緩沖溶液中腐蝕過(guò)程的監(jiān)測(cè)。通過(guò)控制腐蝕液溫度、腐蝕速率和光纖從腐蝕液中的提拉速率，可以制備不同尺寸的錐形光纖探頭。
　　 (2)對(duì)錐形光纖傳感器，我們研究了錐形光纖探頭的幾何尺寸對(duì)兩個(gè)重要物理量的影響。一個(gè)物理量是通過(guò)纖芯-介質(zhì)界面進(jìn)

3、入到熒光層的消逝波的強(qiáng)度;另一個(gè)因素是從熒光層傳播到檢測(cè)端的熒光信號(hào)的強(qiáng)度。計(jì)算結(jié)果表明，進(jìn)入熒光層的消逝波強(qiáng)度和測(cè)量端的熒光信號(hào)強(qiáng)度，不僅與環(huán)境折射率有關(guān)，而且與錐形光纖探頭的幾何尺寸有關(guān)。
　　 (3)構(gòu)建并研究了基于一個(gè)錐形光纖探頭的弱光光纖檢測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)由錐形光纖探頭、405 nm激光器、Y型光分路器、高通濾玻片、光電轉(zhuǎn)換放大模塊和計(jì)算機(jī)組成。實(shí)驗(yàn)與理論研究表明:在激發(fā)光和熒光共存的光路中，Y型光分路器連接點(diǎn)的散射和探

4、頭末端的反射，共同導(dǎo)致一部分405 nm激光傳輸?shù)礁咄V玻片，從錐形光纖探頭進(jìn)來(lái)的熒光也會(huì)到達(dá)高通濾玻片。Y型分路器連接點(diǎn)的散射、高通濾玻片透過(guò)率對(duì)波長(zhǎng)和光強(qiáng)的依賴關(guān)系、以及光電轉(zhuǎn)換放大模塊的性能共同決定該弱光光纖檢測(cè)系統(tǒng)的特性。
　　 (4)為同時(shí)檢測(cè)兩種化學(xué)物質(zhì)，利用多層模型研究了級(jí)聯(lián)表面等離子共振(SPR)光纖傳感器，探討了金屬層種類和厚度對(duì)級(jí)聯(lián)SPR光纖傳感器的透射譜的影響。結(jié)果表明:級(jí)聯(lián)SPR光纖傳感器可以采用二種方案

5、，其一是兩個(gè)探頭采用不同種類和適中厚度的金屬層以產(chǎn)生兩個(gè)差別較大的共振波長(zhǎng);其二是兩個(gè)探頭包含同樣的金屬層，但其中一個(gè)探頭的金屬層鍍上適中厚度的介電層。這種方法也可以產(chǎn)生兩個(gè)明顯的波谷，共振波長(zhǎng)的差異決定于介電層的折射率和厚度。
　　 (5)為減小光纖傳感探頭的尺寸，本文還研究了SPR錐形光纖傳感器。當(dāng)一段光纖的末端被腐蝕成一個(gè)錐體，并做成SPR錐形光纖傳感器時(shí)，它的反射譜及共振波長(zhǎng)隨錐體的幾何參數(shù)以及樣品折射率的變化規(guī)律為:隨