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提高长周期光纤光栅折射率传感灵敏度方法的研究

作　者: 武刚
导　师: 钱颖
学　校: 吉林大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 长周期光纤光栅(LPFG) 耦合模理论腐蚀静电自组装折射率传感亚硝酸盐检测
分类号: TN253
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

本文主要对提高长周期光纤光栅折射率传感灵敏度的方法做了深入的研究,并将其应用于食品添加剂亚硝酸盐的检测。采用振幅掩模法制作出高质量的长周期光纤光栅,研究制作过程中模式的耦合及其谐振峰参数与光栅周期、长度的关系;基于耦合模理论,推导出长周期光纤光栅谐振波长、振幅与包层参数、外界环境折射率的关系,从理论上分析了长周期光纤光栅折射率传感的增敏机理;实验中采用HF酸腐蚀光栅包层、静电自组装有机聚合物、HF酸腐蚀包层后再组装有机聚合物的方法对光栅表面改性,以提高其折射率传感灵敏度。实验结果显示,三种方法都能有效地提高长周期光纤光栅折射率传感灵敏度,尤其第三种方法效果最佳,与裸光栅相比,此种方法改性后的长周期光纤光栅灵敏度可提高将近8倍,特别对小折射率环境(折射率1.33附近)极其敏感,当折射率改变0.1时,谐振峰的移动甚至可以达到150nm;我们将长周期光纤光栅应用于食品添加剂亚硝酸盐的检测,与裸的长周期光纤光栅对低浓度亚硝酸盐的不敏感相比,组装PDDA/PSS有机聚合物之后的长周期光纤光栅对低浓度亚硝酸盐的响应度明显提高,可检测出的亚硝酸盐的最小浓度达0.001mol/L,远小于国家标准规定的0.004mol/L的亚硝酸盐浓度。

全文目录

提要  4-7
第1章绪论  7-17
  1.1 光纤光栅概述  7-9
    1.1.1 光纤光栅的发展  7-9
    1.1.2 光纤光栅的分类及应用  9
  1.2 长周期光纤光栅概述  9-15
    1.2.1 长周期光纤光栅的发展及研究现状  9-11
    1.2.2 长周期光纤光栅的应用  11-15
  1.3 本研究的意义和主要内容  15-17
第2章长周期光纤光栅的理论分析及数值计算  17-32
  2.1 三层阶跃折射率光纤的导波模式  17-19
  2.2 长周期光纤光栅耦合模理论  19-25
  2.3 长周期光纤光栅的模式与耦合常数  25-29
  2.4 长周期光纤光栅的模式耦合方程  29-32
第3章长周期光纤光栅的制作  32-40
  3.1 常用的长周期光纤光栅制作方法简介  32-35
    3.1.1 逐点写入法  32
    3.1.2 振幅掩模法  32-33
    3.1.3 聚焦微透镜阵列法  33
    3.1.4 腐蚀刻槽法  33-34
    3.1.5 离子束入射法  34
    3.1.6 机械微弯变形法  34-35
  3.2 振幅掩模紫外曝光法制作长周期光纤光栅  35-40
第4章长周期光纤光栅折射率传感特性研究  40-64
  4.1 长周期光纤光栅折射率敏感特性  40-46
    4.1.1 理论分析  40-42
    4.1.2 模拟计算  42-43
    4.1.3 实验结果及分析  43-46
  4.2 长周期光纤光栅折射率传感增敏研究  46-64
    4.2.1 理论分析  46-47
    4.2.2 实验研究  47-59
    4.2.3 长周期光纤光栅折射率传感的应用  59-64
第5章结论与展望  64-66
参考文献  66-73
致谢  73-74
摘要  74-76
Abstract  76-78

提高长周期光纤光栅折射率传感灵敏度方法的研究

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