發(fā)布時間：2020-08-19 13:06

【摘要】：基于倏逝場調制原理的光纖傳感器具有設備體積小、制備過程簡單、可以遠程操作、抗電磁干擾能力強等優(yōu)點。其中,將特定的聚合物包層材料與石英光纖結合制備的復合光纖傳感器,既可以實現對光纖中傳輸光信號的光強和偏振態(tài)進行調制,也可以實現傳輸光對聚合物材料光學性質的調控。目前,使用聚合物-石英復合光纖制作的針對小分子的熒光檢測光纖探針已經被廣泛應用并具有良好的檢測范圍和檢測靈敏度。出于簡化制備過程以及提高結構穩(wěn)定性等方面的考慮,本論文工作選擇了光纖錐結構來制備復合光纖探針。首先根據理論設計合成了可以用來制作復合光纖的偶氮苯聚合物,并對其與光纖傳輸光之間的相互作用進行了研究。之后,又探索了光纖錐的制作工藝,得到性能優(yōu)異的待復合光纖錐結構,在熒光聚合物與光纖錐復合制備聚合物-石英復合光纖熒光傳感器后,通過不同聚合物熒光材料的熒光響應性完成各種特殊化合物的檢測。在復合過程中,由于聚合物有機材料和光纖無機石英材料之間的不相容性,在聚合物和石英光纖之間的界面處存在著相分離的問題。為解決這一問題,本論文提出了光鍍方法,即通過對預聚液折射率和光聚合反應條件的理論設計后,利用光纖表面產生的倏逝場引發(fā)預聚液的光化學反應,在光纖表面通過化學鍵連接的方式進行聚合物與石英光纖的復合。得到具有特殊熒光響應性的穩(wěn)定復合光纖錐探針后,論文探索了聚合物-石英復合光纖錐熒光傳感器在TNT蒸氣檢測和生物參數檢測方面的應用,并初步探索了復合光纖傳感探針在血液檢測和胃癌檢測中的應用。相關研究工作的具體內容和主要結果如下:1、合成了含有聚倍半硅氧烷(POSS)和偶氮苯單元的三元共聚物,并制備了偶氮苯聚合物-石英復合光纖偏振器,利用偶氮苯聚合物的光致異構和光致取向對復合光纖中傳輸光光強和偏振態(tài)進行調制,并通過控制所涂覆的偶氮苯聚合物的折射率大小精確控制復合光纖中光學信號的調制范圍,同時為進一步開展聚合物-石英復合光纖的研究奠定了理論和實驗技術的基礎。2、探索了光纖錐的制作工藝,得到性能穩(wěn)定的光纖錐結構。在光纖錐表面通過化學反應接上可進行“點擊”聚合的功能團,使其能夠參與倏逝場引發(fā)預聚液進行的“點擊”聚合,通過巰基-烯(thiol-ene)反應將聚合物包層鍵接到光纖表面,形成聚合物-石英復合光纖所要求的波導結構。為了實現具體的應用,在光纖錐表面通過光聚合反應鍍上含有四乙烯基卟啉衍生物的交聯多孔聚合物層,使其能夠對爆炸物TNT蒸氣進行檢測,得到了預想的檢測結果。3、設計合成了含有雙鍵的熒光素類響應分子,并基于“點擊”反應機理將其結合到聚合物包層中去,再結合實驗室己建立的光纖熒光傳感系統(tǒng),實現了對生物組織pH等參數的檢測。4、初步探索了聚合物-石英復合光纖錐探頭的制備及其在血液檢測和胃癌檢測方面的應用。首先對聚合物-石英復合光纖錐探針進行保護,之后將其與待測生物樣品接觸,利用光譜分析儀對檢測到的熒光進行分析,得到待測樣品的熒光光譜信息,再根據不同生物樣品之間的熒光信號差異,實現聚合物-石英復合光纖錐熒光傳感器在醫(yī)療檢測方面的具體應用。
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：O657.3;TP212
【圖文】：

數值孔徑越大，光纖的集光能力越強，入射角范圍也就越寬。一般，石英光纖的逡逑ＮＡ邋在邋０．２￣０．４。逡逑如圖１．２，按光纖模式分類，石英光纖可以分為單模光纖和多模光纖，兩者中逡逑光的傳播途徑和方式不同，主要差別在于：逡逑１、單模光纖纖芯通常比較�。ㄖ睆絻H有幾微米），只能傳輸－個空間模式（不逡逑考慮該模式包含兩個不同的偏振方向），該模式形狀大多數情況下為高斯型。改逡逑變入射條件僅僅會改變射入光纖中導模的強度，而從光纖中出射光的空間分布是逡逑２逡逑

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本文編號：2797124