【硕士论文】拉锥光纤表面等离子共振氢敏传感器研究与实验.pdf

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1、浙江大学博士学位论文拉锥光纤表面等离子共振氢敏传感器研究与实验姓名：胡建东申请学位级别：博士专业：光学工程指导教师：何赛灵20050401拉锥光纤表面等离子共振氢敏传感器研究与实验摘要拉锥光纤表面等离子共振(SPR)氢传感器是一个多学科高度交叉的研究领域，它涉及氢敏感膜的研究、光学表面等离子共振技术、拉锥光纤传感技术及传输模式分析、氢敏感薄膜的生长工艺、氢敏传感器的检测技术及数据分析与处理等。Pd—Ag合金薄膜拉锥光纤SPR氢传感器是一种新颖的光学氢敏传感器。本论文主要围绕实现光学SPR氢传感器，开展了如下一些技术研究：Pd。。Ag，。合金氢敏感原理、SPR传感技术及数值计算、均匀腰锥的

2、拉锥光纤制作、氢敏感Pd。。Ag，。薄膜的生长和拉锥光纤氢敏传感器的实验及结果分析。研究并提出了一种基于棱镜的钯(Pd)膜氢敏感SPR传感器结构，数值计算表明当Pd膜的厚度在10nm-～30nm时，氢气浓度在1％～10％范围内具有较高的灵敏度；研究了一种新颖的金(Au)／tg(Pd)复合膜SPR氢敏结构，采用基因算法对Au／Pd复合膜氢敏传感器的灵敏度进行了优化，与通常使用的Pd(20nm)膜氢敏传感器相比，灵敏度提高了近3倍；研究了极有发展潜力的基于离子交换波导的集成型SPR氢敏传感器，采用有限差分法(FDM)计算了这种波导结构中的导模及表面等离子模的模场分布，分析了其传播特性与Pd膜

3、光学常数之间的关系，并结合光束传播方法(BPM)对Pd膜的厚度进行了优化；研究了--,ee☆g用于实时检测和在线分析的低成本双光束SPR检测方法并对SPR相位检测技术进行了分析：研究了单模拉锥光纤SPR氢敏传感器的传感原理、结构及制作，制定了单根光纤拉锥的工艺流程和用于镀膜的拉锥光纤清洗工艺，敏感区段的￡尼，基模占95％以上，不考虑高阶模，用简单的平面波理论近似分析了单模光纤拉锥后的均匀腰锥段氢敏感区的传输特性。本论文还研究了在光纤圆弧表面蒸镀均匀Pd。。Ag。合金氢敏感膜的技术，设计了一套旋转光纤镀膜夹具；实验研究了拉锥光纤氢敏传感Pd。oag，。合金膜的生长参数和工艺流程；设计了一套

4、由激光器、反应气室、混合气体管道、光功率计、质子流量计和流量控制器等组成的实验装置并对实验数据进行了分析与处理。关键词：拉锥光纤；表面等离子共振；氢传感器；Pd。。Ag。。合金膜；光纤镀膜Studiesandexperimentsofasurfaceplasmonresonance-basedhydrogensensorusingataperedfiberAbstractAsurfaceplasmonresonance(SPR)hydrogensensorusingataperedfiberrequiresallinterdisciplinarystudy．Itcomprisesthes

5、tudyofthethinfilmforthehydrogensensing，anSPKsensor，analysisofthefielddistributionaroundthetaperedfiber，thedepositiontechnique，themeasurementapproachandthedataprocessing．ThedesignedSPRhydrogensensorusingataperedfiberisanovelapproachascomparedwiththeconventionalelectrochemicalorresistancehydrogense

6、nsor．ThedesignandimplementationofanSPRhydrogensensorusingataperedfiberisintroducedinthisthesis．TheresearchworkmainlyincludesthehydrogensensingprincipleofthePd90Aglofilm，technologyandsimulationoftheSPRsensor，fabricationofthetaperedfiber，depositionofthePd90Agl0thinfilm，theexperimentalresults(includ

7、ingthedesignoftheset—up)andthediscussions．ASPRhydrogensensorcoatedwithapalladium(Pd)filmontheprismsideispresented．AprograminFortranismadetonumericallysimulateandobtainthethicknessofthePdfilmandanalyzethesensitivity．oft