论文部分内容阅读
微结构光纤（MOF）具有灵活的结构设计和独特的导光机制,其光学特性可以通过改变内部空气孔的形状、尺寸和分布进行有效地调节,从而满足不同的实际需要。MOF内部的空气孔不仅可以作为光的传播通道,而且使气体或液体填充成为了可能,能够很好地增强光与待测样品的相互作用,在传感应用中具有重要意义。本论文围绕MOF主要研究了其在气体、折射率和温度传感方面以及偏振滤波方面的应用。本文的主要内容和创新点如下:1.以光子带隙型MOF为气室搭建了双波长有源内腔气体检测系统,利用模式竞争效应,实验测得了乙炔最小可探测气体浓度10.42 ppm V,与单波长有源内腔气体检测系统相比提高了6.44倍。2.设计了暴露芯柚子型MOF表面等离子体共振（SPR）传感器以解决孔内金属镀膜和分析物反复填充的困难。从波长检测与振幅检测两个方面理论分析了传感器在折射率1.33到1.42范围内的传感特性,得到了11800 nm/RIU的最大波长灵敏度和204 RIU-1的最大强度灵敏度,分别能够实现8.47×10-6 RIU和4.90×10-5 RIU的高分辨率检测。通过在柚子型MOF纤芯暴露区域放置银纳米颗粒以及介质核-银壳复合银纳米颗粒,金属镀膜特别是纳米级别均匀金属镀膜操作可以被取代以简化加工过程。分析了复合银纳米颗粒在光纤孔内放置位置及结构参数如介质核直径、介质核折射率以及银壳厚度等对传感器灵敏度产生的影响,理论得到了7903.03nm/RIU的高线性波长灵敏度。3.设计了六孔柚子型MOF复合银纳米颗粒和热敏液体填充的局域表面等离子体共振（LSPR）温度传感器,理论得到了-17.8 nm/℃的温度灵敏度。数值分析了复合银纳米颗粒在光纤孔内放置位置、长度以及结构参数等对传感器温度传感特性产生的影响。实验方面,通过在LMA-10型MOF包层空气孔内填充银纳米颗粒和混合热敏液体（乙醇和氯仿）搭建了温度传感系统,研究了不同混合液体配比条件下传感器在25℃-60℃范围内的传感特性,实验得到了-2.08 nm/℃的温度灵敏度。4.理论研究了基于MOF的SPR在偏振滤波方面的应用,实现了在通信波段1310 nm处滤波损耗500 d B/cm、半波全宽23 nm的单模单偏振窄带滤波,以及1310 nm和1550 nm处滤波损耗分别为53.1 d B/cm和305.1 d B/cm的正交偏振滤波,其20 d B工作带宽分别为62 nm和133 nm。