锥形微纳光纤传感系统的设计与传感特性研究

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1、工学硕士学位论文锥形微纳光纤传感系统的设计与传感特性研究吴明泽哈尔滨理工大学2018年3月国内图书分类号：O436.1工学硕士学位论文锥形微纳光纤传感系统的设计与传感特性研究硕士研究生：吴明泽导师：熊燕玲教授申请学位级别：工学硕士学科、专业：光学工程所在单位：理学院答辩日期：2018年3月授予学位单位：哈尔滨理工大学ClassifiedIndex：O436.1DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringDesignoftapermicronanofibersensingsystema

2、nditssensingcharacteristicsCandidate：WuMingzeSupervisor：Prof.XiongYanlingAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：OpticsEngineeringDateofOralExamination：March,2018HarbinUniversityofScienceandUniversity：Technology哈尔滨理工大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《锥形

3、微纳光纤传感系统的设计与传感特性研究》，是本人在导师指导下，在哈尔滨理工大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文研究工作做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签名：吴明泽日期：2018年3月29日哈尔滨理工大学硕士学位论文使用授权书《锥形微纳光纤传感系统的设计与传感特性研究》系本人在哈尔滨理工大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归哈尔滨理工大学所有，本论文的研究内

4、容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解哈尔滨理工大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门提交论文和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权哈尔滨理工大学可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。本学位论文属于保密□，在年解密后适用授权书。不保密。(请在以上相应方框内打√)作者签名：吴明泽日期：2018年3月29日导师签名：熊燕玲日期：2018年3月29日哈尔滨理工大学工学硕士学位论文锥形微纳光纤传感系统的设计与传感特性研究摘要微纳光纤传感器具有体积小、结构紧凑的特点，由于直

5、径在微米量级，易受外界环境因素影响，因此具有高灵敏度。锥形光纤纤芯中的光耦合进包层中，会产生高阶模式，利用其特点制成模式干涉传感器，能够进一步提高灵敏度；同时可以对锥区进行敏感材料涂覆，实现不同参量的传感，因此近年来一直受到广大研究者的关注。本论文基于锥形微纳光纤的特性，设计了马赫曾德干涉结构的锥形微纳光纤传感器，进行温度、湿度和折射率参量的传感特性研究。通过光束传播法对锥形微纳光纤进行数值分析，确定了传感的理论可行性。对不同参数的锥区进行数值分析，发现：对于线性锥区，锥腰能量、透射能量随锥腰半径的增加而增大；对于非线性锥区

6、，锥腰能量、透射能量与锥腰半径成正比；并改变环境折射率，锥形微纳光纤的透射能量随着环境折射率的增大而减小。利用电弧放电拉锥和火焰拉锥技术分别制作了对称式、非对称式和石墨烯涂覆的锥形微纳光纤传感器。搭建了对称式线性锥区光纤温度传感系统，研究不同双锥间距传感系统的温度特性，验证其温度灵敏度与双锥间距无关；搭建了微纳光纤折射率传感系统，分别对非对称式非线性锥区和对称式线性锥区传感器进行折射率实验研究，得到折射率灵敏度为0.658/RIU和0.446/RIU；搭建了石墨烯涂覆的微纳光纤湿度传感系统，分别对非对称式非线性锥区和对称式线

7、性锥区传感器进行湿度实验研究，在环境温度25℃，压强1atm，波长范围在1545nm至1555nm，非对称式传感系统灵敏度为68.73pm/%RH，随相对湿度增加，干涉谱线发生蓝移；对称式传感系统对湿度不敏感。关键词锥形微纳光纤传感器；马赫曾德干涉；折射率；湿度I哈尔滨理工大学工学硕士学位论文DesignoftapermicronanofibersensingsystemitssensingcharacteristicsAbstractMicro-nanofibersensorhasmanyadvantagessuchass

8、mallsizeandcompactstructure.Becauseofthediameterinthemicronscale,micro-nanofibersensorsaresensitivetoexternalenvironmentalfactors,andthempresenth