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基于倏逝场的微纳光纤传感器的研究

作　者: 吴平辉
导　师: 隋成华
学　校: 浙江工业大学
专　业: 光学
关键词: 微纳光纤倏逝场光纤传感器马赫-曾德尔干涉仪白光干涉仪光外差技术
分类号: TP212.14
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

与电子器件一样，微型化、集成化也是光子器件发展的必然趋势。实现在波长或者亚波长尺度对光信号的操控对于构建超紧凑的微纳光子器件和高密集的集成光路具有重要意义。作为微纳光子器件的基本结构单元，微纳光波导在过去几年成为了国际研究的一大热点。其中，微纳光纤作为一种典型的微纳光波导具有制备简单，良好的直径均匀度和表面光滑度，可用于低损耗光传输，并在可见和近红外光学传输中表现出强光场约束、倏逝波传输和大波导色散等优良特性，已经引起研究者的极大兴趣。本论文基于微纳光纤强倏逝场这一特性，集中研究了几种新型微纳光纤传感器。首先通过严格求解Maxwell方程组研究了不同环境介质中微纳光纤的光学传输特性，包括实现单模工作的条件、传播常数和基模能量分布。这是研制各种微纳光子器件的理论基础。同时，理论建模了一个用于检测溶液折射率细微变化的高灵敏微纳光纤Mach-Zehnder干涉仪，并且研究了干涉仪的灵敏度、探测限等几个重要性能参数。其次，基于白光干涉传感原理和特性，提出了一种新型白光干涉微纳光纤传感器，并利用该传感器测量不同浓度葡萄糖溶液引起的折射率微小变化，实验验证了该传感器的可行性和价值。最后，设计了一种单敏感臂微纳光纤折射率传感器，该传感器的工作原理是基于光外差检测技术，同时也克服了制作多敏感臂方案给微操作所带来的困难。相比其他光纤传感器，这里所设计的微纳光纤传感器具有结构紧凑、灵敏度高、易于和其他光电器件兼容等优点，在生物、化学、医药和过程控制等领域有较大的应用价值。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-17
  1.1 微纳光纤的研究背景  10-11
  1.2 微纳光纤的制备方法  11-13
  1.3 微纳光纤的特性与应用  13-15
  1.4 本论文的选题与思路  15-17
第二章微纳光纤光学传输特性的理论研究  17-35
  2.1 普通单模光纤简介  17-19
  2.2 微纳光纤理论模型  19-21
  2.3 微纳光纤的单模条件与传播常数  21-24
  2.4 微纳光纤的基模能量分布  24-32
  2.5 微纳光纤的色散特性  32-35
第三章倏逝波理论及其在光纤传感的应用  35-40
  3.1 倏逝波基础理论  35-37
  3.2 倏逝波的性质  37-38
  3.3 基于倏逝场的微纳光纤传感器的设想  38-40
第四章基于倏逝场的微纳光纤Mach-Zehnder干涉仪建模  40-46
  4.1 Mach-Zehnder 干涉仪  40-41
  4.2 微纳光纤Mach-Zehnder 干涉仪建模  41-42
  4.3 微纳光纤Mach-Zehnder 干涉仪性能参数  42-46
第五章基于白光干涉的微纳光纤传感器  46-58
  5.1 白光干涉型光纤传感技术  46
  5.2 白光干涉光纤传感原理及特性  46-48
  5.3 白光干涉微纳光纤传感器的研究  48-58
    5.3.1 白光干涉微纳光纤传感器的构建  49-50
    5.3.2 白光干涉微纳光纤传感器的信号解调技术  50-53
    5.3.3 白光干涉微纳光纤传感器的实验研究  53-58
第六章基于光外差技术的单敏感臂微纳光纤传感器  58-64
  6.1 光外差检测技术及原理  58-59
  6.2 基于光外差技术微纳光纤传感器的设计  59-60
  6.3 单敏感臂微纳光纤传感器的实验研究  60-64
第七章总结与展望  64-66
参考文献  66-72
致谢  72-74
硕士期间发表的论文  74

基于倏逝场的微纳光纤传感器的研究

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