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《哈尔滨工程大学》 2019年
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微流式长周期边孔光纤光栅传感器研究

刘超  
【摘要】:在1988年研究人员发现边孔光纤的双折射会受到压力的影响,因此边孔光纤早期多被用于光纤压力传感器。近30多年以来,边孔光纤传感有了巨大的发展,从早期的压力传感、温度传感和应力传感发展到现在的磁场传感、电场传感等。边孔光纤在纤芯旁边有两个对称的圆孔,尺寸在微米量级,因此非常适合用于制作微流式光纤传感器。边孔光纤不同于拥有大量微孔的光子晶体光纤,其微孔数量只有两个,且尺寸相对较大,因此便于微流操控。本文就微流式边孔光纤传感器的实现进行了理论和实验研究,主要工作分为以下几个方面:首先,分析了边孔光纤的双折射组成以及阐述了长周期光纤光栅(Long Period Fiber Grating,LPFG)原理。边孔光纤双折射研究部分通过数值法和有限元法分别分析了光纤的几何双折射和应力双折射,并研究了光纤形状对双折射的影响。LPFG部分通过耦合模式理论分析了LPFG透射谱以及各类因素对光栅光谱的影响。其次,通过CO_2激光器在边孔光纤中制作了串联式LPFG。通过石英管对光纤光栅结构进行封装,实现了微流样品的实时更换以及测量。实验中分别对温度和折射率进行了测量,实现了温度和折射率同时测量。最后,通过扭转法制作了长周期边孔光纤光栅,光栅周期500μm,共振波长在1535.44nm,并将其与微流芯片进行结合,实现微流芯片的双通道测量。这类传感器具有较高的折射率灵敏度。基于边孔光纤的微流式LPFG传感器特性,本文利用边孔光纤制备了两种微流式光纤传感器:串联型LPFG微流传感器和扭转式LPFG微流传感器。串联型LPFG微流传感器使用CO_2激光往边孔光纤写入双LPFG,实现了温度与折射率的同时测量。微流式LPFG传感器则通过扭转熔融状态下的边孔光纤实现扭转式LPFG的制备,提升了折射率的灵敏度并实现了双微流通道测量。这类边孔光纤传感器可以用于多种微流检测场合。
【学位授予单位】:哈尔滨工程大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:TP212

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