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(yīng)用，重點(diǎn)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(shí)別的理論和應(yīng)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(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(60572018)，天津市科技發(fā)展計(jì)劃科技攻關(guān)項(xiàng)目(05YFGPGX04900)和天津市科技發(fā)展計(jì)劃科技支撐重點(diǎn)項(xiàng)目(07ZCKFGX00200)等項(xiàng)目支持下完成的。
　　 本論文主要研

2、究?jī)?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(diǎn)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(yīng)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(yīng)，求出一維和二維主衍射光和各級(jí)互調(diào)制光的衍射效率。并且進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
　　 多通道聲光相互作用可以同時(shí)并行處理多路光信號(hào)，極大的增加了聲光器件的信號(hào)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(jì)，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(jì)研制奠定進(jìn)行了理論基礎(chǔ)。
　　 3、設(shè)計(jì)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(dǎo)波相互作用，提出并推導(dǎo)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(jì)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(shí)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(dǎo)波相互作用，采用外調(diào)制的方法處理光纖中的光導(dǎo)波而無需截?cái)喙饫w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(xué)和電子器件，避免了耦合損耗、光學(xué)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(diǎn)。
　　 4、設(shè)計(jì)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(yīng)用技術(shù)，提出并設(shè)計(jì)研制了多通道聲表面波氣體傳感系統(tǒng)。設(shè)計(jì)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(duì)多種氣體進(jìn)行了氣體檢測(cè)實(shí)驗(yàn)。申請(qǐng)了國(guó)家發(fā)明和實(shí)用新型專利。
　　 (1)分析和設(shè)計(jì)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(jì)。研制出傳感器件的振蕩、匹配和放大電路。
　　 (2)重點(diǎn)分析了不同的氣敏薄膜(各向同性絕緣材料、金屬導(dǎo)電薄膜和金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜)吸附氣體后對(duì)頻移的影響機(jī)理；對(duì)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(jìn)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(cè)NO2，CO，H2和水蒸氣等。驗(yàn)證了SAW傳感器的檢測(cè)氣體的靈敏度、可重復(fù)性以及電路模塊的實(shí)用性。
　　 (3)設(shè)計(jì)和研制出新型的五通道氣體傳感器，該傳感器具有四個(gè)檢測(cè)通道和一個(gè)參考通道，檢測(cè)通道貼敷不同的敏感薄膜，可以同時(shí)檢測(cè)四種不同的氣體，進(jìn)行了不同氣體的傳感實(shí)驗(yàn)。
　　 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(xué)、檢測(cè)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域的新型傳感器，它具有高精度、高可靠性和動(dòng)態(tài)響應(yīng)快的特點(diǎn)，并且能廣泛用于環(huán)保、安全檢測(cè)領(lǐng)域，因而具有重要的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
　　 5、設(shè)計(jì)開發(fā)SAW氣體傳感器系統(tǒng)中基于ARM的嵌入式檢測(cè)系統(tǒng)。
　　 系統(tǒng)采用S3C2410 ARM芯片，以此為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)了頻率檢測(cè)設(shè)備，檢測(cè)范圍可以達(dá)到兆量級(jí)?；贏RM微處理器擴(kuò)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(cè)設(shè)