蜘蛛丝光学传感特性研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：理学硕士学位论文蜘蛛丝光学传感特性研究硕士研究生：胡传真指导教师：刘志海教授学科、专业：光学论文主审人：张羽副教授哈尔滨工程大学2017年12月分类号：密级：UDC：编号：理学硕士学位论文蜘蛛丝光学传感特性研究硕士研究生：胡传真指导教师：刘志海教授学位级别：理学硕士学科、专业：光学所在单位：理学院论文提交日期：2017年12月19日论文答辩日期：2018年03月15日学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofM.ScStudyonOpticalSensingPro

2、pertiesofSpiderSilkCandidate:HuChuanzhenSupervisor:LiuZhihaiAcademicDegreeAppliedfor:MasterofScienceSpecialty:OpticsDateofSubmission:December,2017DateofOralExamination:March,2018University:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出

3、，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同

4、时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日蜘蛛丝光学传感特性研究摘要研究者们在自然界中发现了有很多天然的生物材料，它们相比于传统的复合材料表现出一种更加优秀的结构和特性，并且作为一种再生资源可以直接取自于环境。蜘蛛丝作为一种新型生物材料，具有很高的潜在的应用价值。它们不但具有良好的机械特性，而且由于其天然优势，使得它们具有独特的生物相容性、生物可吸

5、收性和生态友好性。现在人们对于蜘蛛丝的研究主要在其力学性能方面，对于其光学性能以及其在光学领域的应用还非常少。本文主要研究蜘蛛丝作为光学纤维具有的光学特性以及其作为光学器件的传感特性。利用光的近场消逝波耦合方法把光耦合到蜘蛛丝里，采用测量散射损耗方法测量了蜘蛛丝的传输损耗。用浸润图像分析法测量了蜘蛛丝的折射率。用比较细的蜘蛛丝，例如拖丝（直径约1~5μm），有类似于微纳光纤的传输光的性质，作为制作基于干涉结构的蜘蛛丝传感器的材料。制作了一种用大腹园蛛的拖丝制作的基于干涉结构的蜘蛛丝传感器。其结构为马赫-泽德干涉结构，并且对其传感特性进行了实验研究。分别研究了蜘蛛丝马赫-泽德

6、光学微腔的温度传感特性，其传感特性为：温度增加干涉光谱蓝移，最高灵敏度为5.0nm/℃。回音壁模式光学谐振腔广泛地应用于激光术以及传感技术领域。但是应用于各个领域的光学谐振腔的制作工艺非常的复杂，而且许多材料都是生态不友好的不可降解的甚至有毒害的材料制作的。现在我们从大自然中寻找到了一种具有生物相容性的大腹园蛛蜘蛛包卵丝直接作为一种回音壁模式光学微腔，其具有非常灵敏的传感特性，对湿度的灵敏度都超越了许多传统的传感器。这种基于蜘蛛包卵丝回音壁模式的光学微腔最高可以在相对湿度21%-55%时，灵敏度为570pm%RH，在相对湿度65%-96%时，灵敏度为1130pm/%RH。从

7、蜘蛛包卵丝的湿度膨胀系数与蜘蛛包卵丝的湿度光学系数来研究了蜘蛛丝回音壁模式光学微腔的传感原理。用统计的方法大量测量了蜘蛛丝直径与适度关系，仿真和实验计算的方法测量了包卵丝折射率与湿度的关系。测定与统计蜘蛛包卵丝的湿膨系数与湿光系数并且对其进行了验证。本文研究了蜘蛛丝的光学传感特性，提出了两种种以蜘蛛丝作为光学器件基础的传感器，并且对其传感原理进行了深入的研究。关键词：蜘蛛丝；光学特性；马赫-泽德干涉；回音壁模式；传感特性哈尔滨工程大学硕士学位论文蜘蛛丝光学传感特性研究ABSTRACTResearchershavef