【摘 要】
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锥形微纳光纤传感器具有体积小、结构简单、高灵敏度、易加工等优点,其在生物传感等领域的应用价值和重要性也被越来越广泛地认识。但微纳光纤传感器的实用化进程面临批量化制造和器件的重复性稳定性等问题。本论文针对锥形微纳光纤高灵敏度、小型化与微流控芯片集成等问题展开研究,主要针对基于热拉伸加工锥形微纳光纤的一致性以及结构参数对激发模式的影响等展开,同时给出一种阵列传感芯片的设计与制作方法,具体研究内容如下:
【出 处】
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中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
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锥形微纳光纤传感器具有体积小、结构简单、高灵敏度、易加工等优点,其在生物传感等领域的应用价值和重要性也被越来越广泛地认识。但微纳光纤传感器的实用化进程面临批量化制造和器件的重复性稳定性等问题。本论文针对锥形微纳光纤高灵敏度、小型化与微流控芯片集成等问题展开研究,主要针对基于热拉伸加工锥形微纳光纤的一致性以及结构参数对激发模式的影响等展开,同时给出一种阵列传感芯片的设计与制作方法,具体研究内容如下:(1)基于光纤模式理论研究了波长调制型锥形微纳光纤折射率传感特性。通过分析干涉光谱与光纤腰部长度的关系,发现锥形微纳光纤腰部直径3μm、环境折射率1.333附近的条件下,腰部长度只会改变HE11与HE12模干涉光谱的周期,并不影响传感灵敏度。(2)采用理论与实验相结合的方法研究不同直径的锥形微纳光纤折射率传感特性,特别针对折射率与水相近的生物化学流体的折射率灵敏度开展了试验研究,以NaCl为例,设计并制作了腰部直径3.1μm的锥形微纳光纤传感结构,其NaCl溶液折射率检测灵敏度高达92250nm/RIU;同时,通过液滴扫描实验研究了锥部区域与腰部区域传感特性的差异,为传感器的进一步小型化提供了依据。(3)研究了制造过程中微纳光纤结构参数与激发模式的关系以及拉伸速度、热区长度与结构及光纤传输模式间的关系等,并进行了阵列锥形微纳光纤传感芯片设计及制作、封装等试验研究。(4)对阵列锥形微纳光纤传感芯片的进行性能测试并验证阵列传感芯片的稳定性。采用理论与实验相结合的方法分析腰部直径3.1μm锥形微纳光纤的实验结果,并解释输出光谱中的光谱移动现象。
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