全光纖聲光調(diào)制和聲表面波氣體傳感器的研究.pdf

1、本論文主要研究聲光相互作用和聲表面波的理論及其應用，重點研究了多通道聲光調(diào)制、全光纖聲光調(diào)制、聲表面波氣體傳感器和聲表面波射頻識別的理論和應用。構(gòu)建了多通道全光纖表面波聲光調(diào)制系統(tǒng)和多通道聲表面波氣體傳感系統(tǒng)。本論文是在國家自然科學基金資助項目(60572018)，天津市科技發(fā)展計劃科技攻關(guān)項目(05YFGPGX04900)和天津市科技發(fā)展計劃科技支撐重點項目(07ZCKFGX00200)等項目支持下完成的。
　　 本論文主要研

2、究內(nèi)容和成果如下：
　　 1、一維和二維多通道體波聲光相互作用。
　　 從聲光相互作用理論出發(fā)，重點研究了一維和二維多通道聲光耦合模理論，提出并建立了相應的耦合模方程，并求出方程的解。分析了多通道聲光耦合的各種線性和非線性效應，求出一維和二維主衍射光和各級互調(diào)制光的衍射效率。并且進行了實驗驗證。
　　 多通道聲光相互作用可以同時并行處理多路光信號，極大的增加了聲光器件的信號處理能力。
　　 2、表面波聲光

3、相互作用和聲表面波器件。
　　 研究了表面波器件原理和結(jié)構(gòu)設(shè)計，為我們的聲表面波全光纖聲光調(diào)制器和聲表面波氣體傳感器的設(shè)計研制奠定進行了理論基礎(chǔ)。
　　 3、設(shè)計和研制聲表面波全光纖聲光調(diào)制。
　　 研究多通道聲表面波與光纖中光導波相互作用，提出并推導了多通道聲表面波全光纖聲光相互作用耦合模方程。設(shè)計和研制了兩通道聲表面波全光纖調(diào)制器件，用單模光纖和雙折射光纖實現(xiàn)了全光纖聲光調(diào)制。
　　 全光纖聲光調(diào)制技

4、術(shù)可以把超聲波引入光纖，與光纖中光導波相互作用，采用外調(diào)制的方法處理光纖中的光導波而無需截斷光纖把光從光纖中取出，也不需要在光纖傳播通道內(nèi)插入集成光學和電子器件，避免了耦合損耗、光學精密定位和噪聲引入等問題。具有體積小、帶寬大、效率高、兼容性好等優(yōu)點。
　　 4、設(shè)計和研制聲表面波氣體傳感器
　　 研究了聲表面波氣體傳感的理論和應用技術(shù)，提出并設(shè)計研制了多通道聲表面波氣體傳感系統(tǒng)。設(shè)計和研制了鈮酸鋰和石英為基底，采用不同

5、金屬、金屬氧化物和聚合物為薄膜的延遲線和諧振型氣體傳感器，對多種氣體進行了氣體檢測實驗。申請了國家發(fā)明和實用新型專利。
　　 (1)分析和設(shè)計了聲表面波氣體傳感器件，包括叉指換能器、基底材料理論分析和參數(shù)設(shè)計。研制出傳感器件的振蕩、匹配和放大電路。
　　 (2)重點分析了不同的氣敏薄膜(各向同性絕緣材料、金屬導電薄膜和金屬氧化物半導體薄膜)吸附氣體后對頻移的影響機理；對幾種特定的氣敏薄膜如金屬鈀、酞菁化合物、氧化鋅氧化銦

6、和氧化錫的多層結(jié)構(gòu)等進行了分析，以此作為多通道氣體傳感器薄膜選擇的基礎(chǔ)，分別用來檢測NO2，CO，H2和水蒸氣等。驗證了SAW傳感器的檢測氣體的靈敏度、可重復性以及電路模塊的實用性。
　　 (3)設(shè)計和研制出新型的五通道氣體傳感器，該傳感器具有四個檢測通道和一個參考通道，檢測通道貼敷不同的敏感薄膜，可以同時檢測四種不同的氣體，進行了不同氣體的傳感實驗。
　　 聲表面波氣體傳感器是涉及聲表面波理論、薄膜理論、器件工藝、電子

7、學、檢測技術(shù)等科學領(lǐng)域的新型傳感器，它具有高精度、高可靠性和動態(tài)響應快的特點，并且能廣泛用于環(huán)保、安全檢測領(lǐng)域，因而具有重要的經(jīng)濟和社會效益。
　　 5、設(shè)計開發(fā)SAW氣體傳感器系統(tǒng)中基于ARM的嵌入式檢測系統(tǒng)。
　　 系統(tǒng)采用S3C2410 ARM芯片，以此為基礎(chǔ)設(shè)計了頻率檢測設(shè)備，檢測范圍可以達到兆量級?；贏RM微處理器擴展了USB接口、觸摸屏接口；架構(gòu)了嵌入式Linux操作系統(tǒng)，移植了文件系統(tǒng)，并開發(fā)出頻率檢測設(shè)