在傳感技術(shù)領(lǐng)域中,光纖傳感由于其獨(dú)特的優(yōu)良特性受到了全世界研究者的青睞,經(jīng)過(guò)幾代研究工作者的共同努力,光纖傳感已經(jīng)在各種工程領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用,并且扮演著有不可替代的角色。近年來(lái),隨著工程領(lǐng)域中的傳感需求不斷朝著多元化的方向發(fā)展,傳統(tǒng)單一結(jié)構(gòu)的光纖傳感器正面臨著傳感能力需要進(jìn)一步提升的問(wèn)題,發(fā)明新型的光纖傳感器以滿足多元化的傳感需求是研究者面臨的一大挑戰(zhàn)。針對(duì)這一問(wèn)題,本論文立足光纖傳感技術(shù)前沿,開展了光纖傳感技術(shù)學(xué)科與材料學(xué)科交叉融合的研究,實(shí)現(xiàn)了光纖傳感器在傳感功能上的提升。在眾多類型的材料中,氧化石墨烯與光纖的結(jié)合具有天然的優(yōu)勢(shì):氧化石墨烯的功能化特性可為傳統(tǒng)的光纖賦予新的傳感功能,光纖作為光傳輸波導(dǎo)可為氧化石墨烯提供性質(zhì)穩(wěn)定的承載基底,兩者的結(jié)合相輔相成,形成的新型傳感器件兼具兩者各自的優(yōu)勢(shì),凸顯出了重要的研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用潛力。然而,作為一個(gè)學(xué)科交叉的新型研究課題,基于氧化石墨烯的傳感器件特別是光纖傳感器件大多還處于實(shí)驗(yàn)研究階段,真正應(yīng)用到實(shí)際工程中還面臨著諸多復(fù)雜的技術(shù)難題,需要在器件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制作工藝以及系統(tǒng)的硬軟件實(shí)現(xiàn)和性能優(yōu)化中做大量的工作。在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的支持... 

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

(a)FBG結(jié)構(gòu)；(b)FBG反射光譜；(c)FBG透射光譜

FBG 傳感器已經(jīng)日趨成熟，商業(yè)化程度也日漸提高，在結(jié)構(gòu)健醫(yī)療應(yīng)用[13]、井下勘探[14]等傳感領(lǐng)域發(fā)揮著十分重要的作用。 光纖法布里-珀羅干涉儀纖 FP 干涉儀型傳感器是由 FP 干涉儀演化而來(lái)，光纖 FP 干涉儀型傳小，穩(wěn)定性高等特點(diǎn)迅速進(jìn)入了人們的研究視線并逐步應(yīng)用于各種纖 FP 干涉儀型傳感器是在光纖內(nèi)人為的制作出兩個(gè)反射面，使得光過(guò)兩個(gè)反射面時(shí)發(fā)生反射，反射光在返回時(shí)相遇形成干涉。兩個(gè)反 為 FP 腔長(zhǎng)，腔體內(nèi)介質(zhì)的折射率為 N，反射的干涉光信號(hào)與腔長(zhǎng)和關(guān)，當(dāng)外界被測(cè)參量作用在傳感器上導(dǎo)致腔長(zhǎng) L 或者腔體折射率 N反射回的干涉光信號(hào)隨之發(fā)生變化，通過(guò)光信號(hào)解調(diào)處理我們就可測(cè)參量的變化信息。據(jù)光纖 FP 腔體結(jié)構(gòu)的不同，光纖 FP 干涉儀型傳感器主要分為三種光纖 FP 腔傳感器、非本征型光纖 FP 腔傳感器和線性復(fù)合型光纖 FP圖 1-2 所示。

在這種結(jié)構(gòu)中，光纖作為 FP 腔的腔體，起到了“傳”和“感”能，并且光在光纖腔體中傳輸時(shí)不會(huì)發(fā)生漏光現(xiàn)象，因此傳輸損耗較小，在比較大的情況下仍能得到消光比很高的干涉條紋�？紤]到穩(wěn)定性的問(wèn)題，本的光纖 FP 腔傳感器一般選用 1 cm 左右的腔長(zhǎng)。圖 1-2(b)為非本征型光纖 FP 腔傳感器。在這種結(jié)構(gòu)中，一根套管把兩根端平的光纖固定對(duì)齊，空氣作為腔體介質(zhì)，兩根光纖端面距離為腔體長(zhǎng)度 L。光面可以鍍上反射膜以對(duì)光起到反射作用，也可以不鍍反射膜由光纖端面的菲反射對(duì)光起到反射作用。這種結(jié)構(gòu)易于制作，并且可以精確控制 FP 腔體的腔長(zhǎng)目前最常用的 FP 型傳感器結(jié)構(gòu)。圖 1-2(c)為線性復(fù)合型光纖 FP 腔傳感器。它是介于本征型 FP 腔和非本征P 腔的一種復(fù)合結(jié)構(gòu)。它把非本征型結(jié)構(gòu)中的套管換成了一根直徑跟光纖一樣空心導(dǎo)管。由于傳輸光在出射第一個(gè)反射面時(shí)會(huì)有一個(gè)發(fā)散角，導(dǎo)致了光在形成的法珀腔體中損耗很大，要想得到消光比大的干涉條紋，必須減小腔體度，這就使得制作這種結(jié)構(gòu)的工藝難度大大增加。目前，這種結(jié)構(gòu)的 FP 腔很到應(yīng)用。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于長(zhǎng)周期光纖光柵和Sagnac環(huán)的溫度與折射率的區(qū)分測(cè)量[J]. 邵敏,喬學(xué)光,傅海威,兆雪,高宏,劉欽朋.  光電子.激光. 2012(08)
[2]光纖干涉型傳感器原理及其相位解調(diào)技術(shù)[J]. 裴雅鵬,楊軍,苑立波.  光學(xué)與光電技術(shù). 2005(03)

博士論文
[1]基于氧化石墨烯的光學(xué)生化傳感檢測(cè)研究[D]. 張倩.浙江大學(xué) 2017
[2]微納光纖環(huán)MOEMS加速度傳感器理論與應(yīng)用研究[D]. 吳宇.浙江大學(xué) 2008



本文編號(hào)：3445831