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《吉林大学》 2013年
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基于聚合物光纤液体折射率的测量研究

彭坤  
【摘要】:聚合物光纤具有质量轻、柔韧性好、耐用性好、高带宽、低成本等很多优点,得到人们广泛的关注。液体的折射率是一种重要光学参数,通过它可以了解物质的光学性能、纯度、浓度等物理量,因此,液体折射率传感器在基础研究、化学分析、环境污染检测等领域有着广泛的应用。利用聚合物光纤制作液体折射率传感器在传感领域有着重大的价值和意义。 本文提出了一种由飞秒激光微加工制成的微孔阶跃型多模聚合物光纤液体折射率传感器,这种传感器具有制作简单,测量范围广,线性度好,成本低廉,传感系统简单等优点,便于进行大批量生产,应用到生活中的各个领域。 本论文的主要工作: 研究微孔聚合物光纤传感器的理论,一部分内容是飞秒激光与透明材料的作用机理,重点讨论了多光子吸收、雪崩电离过程,并以聚合物材料为例,分析了材料损坏的机理。另一部分内容是运用光线理论来研究微孔聚合物光纤传感器传感特性,微孔传感器是基于几何光学原理,当光纤外界环境发生变化时(这里指微孔中待测液体的折射率发生变化),光纤中满足全反射的光模式数发生改变,终端仪器会显示出光功率变化情况,光功率的变化间接反映外界环境的改变,并且二者满足一定的线性关系,经过进一步的理论分析,得知传感器的灵敏度与微孔的大小和深度有关,据此可实现对微孔聚合物光纤传感器的优化。 开展了基于飞秒激光微加工方法在聚合物光纤上制作微孔折射率传感器的实验研究,包括搭建实验装置,对光纤进行精确定位,微孔加工技术等,得到不同直径的微孔聚合物光纤传感器。 研究微孔聚合物光纤传感器的性能,设计并搭建光纤传感器系统,将样品放入系统中,向微孔中注入不同折射率的液体,记录每种折射率液体对应的输出光功率,将得到的数据进行绘图,可以观察到:随着液体折射率的增大光功率损耗值在逐渐减小,二者呈现出很好的线性关系,而且,随着微孔直径的增大,传感器的灵敏度逐渐提高,对这种传感器的温度特性进行了实验分析说明,在一定温度范围内,传感器的输出功率几乎保持不变。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:O439;TP212

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