新型光子晶體光纖氣體傳感器研究.pdf

1、對甲烷、氨氣、乙炔各種等污染氣體的檢測在工業(yè)生產、環(huán)境檢測等方面有重要意義。光纖光學氣體傳感技術在這方面有獨特優(yōu)勢，例如抗電磁干擾能力強，體積小，易實現(xiàn)分布式傳感等。
　　本論文緊緊圍繞光子晶體光纖氣體傳感這一主題，主要研究工作和創(chuàng)新點包括以下幾個方面：
　　1）利用全矢量有限元方法計算了空氣包層全反射型多孔聚合物THz光纖的單模傳輸條件和模場的分布情況。指出對于該種波導，單模條件和很好的模場分布不能同時得到滿足。最后利用階

2、躍光纖單模條件和洛倫茲洛倫茨公式，分析了造成這種困難的原因。
　　2）研究了聚偏氟乙烯（PVDF）這種鐵電材料在THz波段的折射率變化情況，以及聚偏氟乙烯（PVDF）鍍層的空氣包層全反射型THz多孔光纖表面類等離子體共振現(xiàn)象。并由此設計了一種氣體折射率傳感器，研究發(fā)現(xiàn)該傳感器對氣體折射率的傳感靈敏度在傳輸波長為304μm時最高。假設檢測儀器可以響應1％的THz波強度變化，該氣體傳感器的檢測分辨率可達到1.45×10-4RIU。

3、r>　　3）利用空心光子晶體光纖獨特的導光特性，設計了一種新型光譜吸收型氣體傳感器。用空心光子晶體光纖做氣室，實驗測量了乙炔氣體在13吸收帶的吸收光譜，利用這一吸收帶P11吸收峰的衰減系數(shù)推算得到該傳感器對乙炔的檢測靈敏度達到143ppmv。
　　4）以摻鉺光纖激光器為二能級速率方程為基礎，理論和實驗上討論了激光器輸出鏡反射率，閾值效應，以及模式競爭對氣體檢測靈敏度的影響。分析表明：改變腔反射鏡的反射率可改變激光在腔內的反射次數(shù)，

4、相當于改變了吸收長度以提高探測靈敏度；閾值效應對靈敏度的改變具有非線性性，閾值附近探測靈敏度放大倍數(shù)理論上講可以無限大；模式競爭相當于放大了氣體對激光的吸收截面，從而使激光器運轉在多模狀態(tài)時傳感靈敏度比運轉在單模時提高了很多倍。
　　5）提出一種基于雙波長摻鉺光纖激光器模式競爭的有源內腔氣體傳感技術。實驗研究了泵浦強度以及腔內兩波長激光相對損耗對氣體檢測靈敏度的影響。利用溫度對光纖Bragg光柵中心波長的影響，測量了氨氣在1531