高灵敏度光学折射率传感系统的研制

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ljyxq13571302523
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光学传感技术在光通信技术的发展中孕育而生,并逐渐演变成为一个衡量国家信息化程度的重要标志。光学传感器具有高灵敏度、耐腐蚀、抗电磁干扰、传输损耗小等显著优势,越来越引起人们的关注,已被广泛应用于环境监测、智能电网、和生物传感等领域。目前,随着光学解调技术进一步发展,光学传感技术已经越来越成熟,很多机理的传感器已经商业化。但是,为了提高光学传感的性能和功能,人们对光学传感器研究没有停下脚步,新的传感结构、传感机理的光学传感不断出现。本论文主要阐述硕士研究生期间的自己做的一些工作,包括对基于表面等离激元共振(SPR)机理的光学传感系统进行搭建,和基于弯曲光纤的传感器进行设计,以及对两种不同机理的折射率传感器进行理论推导和实验探究,主要内容如下:1 SPR技术以其灵敏度高、需要样品量少、样品不需要进行标记等优势很快被国内外研究机构所关注。本文中从基础理论出发,开始推导产生SPR现象的条件,然后根据条件来进行编程模拟,选择用于搭建仪器的合适参数和材料,并最终从硬件和软件两方面着手开始设计基于角度式的表SPR光学传感分析仪器:使用基于Kretchmann结构的棱镜作为传感核心结构,然后布局激光器、旋转台、探测器等设施,并通过微机对它们进行软件控制,达到我们所设的要求。最后我们对搭建完成的系统进行了评估:系统在长时间的工作下稳定性达到我们的预设,并且在在角度分辨率设定为0.00375°情况下,对不同折射率盐溶液的共振角分析结果可以知道,折射率与共振角之间拥有非常好的线性特性,系统测量的灵敏度是1.935×10-5RIU。但是为了得到更加高的灵敏度,系统有待进一步改进。2根据现有的基于光纤弯曲结构的传感器的研究现状,分析了现有结构存在的不足与局限性,针对这些问题,我们设计了一种基于波长调制的光纤弯曲结构的传感器;随后对该结构的原理与制备方法做了详细的阐述,并对该传感器结构的折射率与温度传感特性进行实验研究。实验表明:当环境温度从23到33摄氏度增长时,两个共振峰的温度灵敏度分别为-280pm/℃和-460pm/℃;然而,当环境温度低于23℃时,传感器对温度响应非常低,随着温度的变化,共振峰波长没有明显的变化。所以,该光纤折射率传感器更适用于在低于23℃时进行测量,作为一种温度不敏感的折射率传感器,并且折射率灵敏度可以分别达到了147.602 nm/RIU和125.459nm/RIU。
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