毛細管光纖傳感特性的表征.pdf

1、在光纖通信技術(shù)發(fā)展的同時,光纖的另一方面應用技術(shù)——光纖傳感技術(shù)也得到了高度的重視。近年來,光纖在化學傳感方面的應用(光纖化學傳感器)和研究越來越受到研究人員和學者們的關(guān)注。這種傳感技術(shù)主要是以光纖為敏感化學物質(zhì)的載體和傳感的媒介,并將光源發(fā)出的光與敏感化學物質(zhì)相互作用,通過探測接收到的光物理量(強度、波長、偏振態(tài)等)的變化來感知外界物理量(壓力、溫度、pH值等)的變化。該技術(shù)不僅抗電磁干擾,耐腐蝕,靈敏度高,而且功耗小,造價低,應用過

2、程中也較為安全可靠。
　　目前,隨著光纖傳感技術(shù)的高速發(fā)展,通信用的通用單模、多模光纖已無法滿足多數(shù)光纖傳感技術(shù)的研究與應用場合。故在原有光導纖維的技術(shù)基礎上,對通用光纖的波導結(jié)構(gòu)、組成材料等方面進行了改進,使其滿足一些特殊場合的應用需求,凡是結(jié)構(gòu)或制備工藝上有別于常規(guī)通信的光導纖維,都可稱之為特種光纖。本論文所討論的內(nèi)容是對一種環(huán)形波導、中部孔洞結(jié)構(gòu)的特種光纖——毛細管光纖(Capillary Optical Fiber,簡稱C

3、OF)在化學傳感領(lǐng)域應用的初步研究。
　　COF的中部空氣孔結(jié)構(gòu)使得在其中進行化學修飾變得更加靈活和方便,因此利用該特殊結(jié)構(gòu)對一些氣體、液體進行化學檢測時的樣品需求量也大大降低。COF的另一結(jié)構(gòu)特點是空氣孔中的內(nèi)壁為環(huán)形波導。當空氣孔中內(nèi)壁修飾的物質(zhì)為折射率較低的物質(zhì)時,可利用入射到波導層中的光所產(chǎn)生的倏逝波場與中部空氣孔內(nèi)壁所修飾的化學敏感膜相互作用,而中部空氣孔可作為進樣區(qū)域,因此,樣品與敏感膜的作用可以通過接收到光物理量的變

4、化來探測;當空氣孔中充滿透明、折射率較高的溶液時,大部分光在芯液中傳播,這種情況下,COF可看作液芯光纖模式。
　　總之,根據(jù)在COF空氣孔中修飾物質(zhì)的折射率與波導層折射率的大小關(guān)系可將COF制備成不同的傳感體系,這說明了COF在傳感器設計上的靈活性,以及在化學傳感領(lǐng)域得潛在應用價值。本論文從三方面進行了實驗:COF倏逝波場表征(通過對染料溶液濃度的檢測表征倏逝波場)、COF微流氧氣傳感(光在內(nèi)壁波導層中傳輸)、COF—液芯光纖溫