论文题目: 拉锥光纤表面等离子共振氢敏传感器研究与实验
论文类型: 博士论文
论文专业: 光学工程
作者: 胡建东
导师: 何赛灵
关键词: 拉锥光纤,表面等离子共振,氢传感器,合金膜,光纤镀膜
文献来源: 浙江大学
发表年度: 2005
论文摘要: 拉锥光纤表面等离子共振（SPR）氢传感器是一个多学科高度交叉的研究领域,它涉及氢敏感膜的研究、光学表面等离子共振技术、拉锥光纤传感技术及传输模式分析、氢敏感薄膜的生长工艺、氢敏传感器的检测技术及数据分析与处理等。Pd-Ag合金薄膜拉锥光纤SPR氢传感器是一种新颖的光学氢敏传感器。 本论文主要围绕实现光学SPR氢传感器,开展了如下一些技术研究:Pd90Ag10合金氢敏感原理、SPR传感技术及数值计算、均匀腰锥的拉锥光纤制作、氢敏感Pd90Ag10薄膜的生长和拉锥光纤氢敏传感器的实验及结果分析。 研究并提出了一种基于棱镜的钯（Pd）膜氢敏感SPR传感器结构,数值计算表明当Pd膜的厚度在10nm～30nm时,氢气浓度在1%～10%范围内具有较高的灵敏度;研究了一种新颖的金（Au）/钯（Pd）复合膜SPR氢敏结构,采用基因算法对Au/Pd复合膜氢敏传感器的灵敏度进行了优化,与通常使用的Pd（20nm）膜氢敏传感器相比,灵敏度提高了近3倍;研究了极有发展潜力的基于离子交换波导的集成型SPR氢敏传感器,采用有限差分法（FDM）计算了这种波导结构中的导模及表面等离子模的模场分布,分析了其传播特性与Pd膜光学常数之间的关系,并结合光束传播方法（BPM）对Pd膜的厚度进行了优化;研究了一种能用于实时检测和在线分析的低成本双光束SPR检测方法并对SPR相位检测技术进行了分析;研究了单模拉锥光纤SPR氢敏传感器的传感原理、结构及制作,制定了单根光纤拉锥的工艺流程和用于镀膜的拉锥光纤清洗工艺,敏感区段的LP01基模占95%以上,不考虑高阶模,用简单的平面波理论近似分析了单模光纤拉锥后的均匀腰锥段氢敏感区的传输特性。 本论文还研究了在光纤圆弧表面蒸镀均匀Pd90Ag10合金氢敏感膜的技术,设计了一套旋转光纤镀膜夹具;实验研究了拉锥光纤氢敏传感Pd90Ag10合金膜的生长参数和工艺流程;设计了一套由激光器、反应气室、混合气体管道、光功率计、质子流量计和流量控制器等组成的实验装置并对实验数据进行了分析与处理。
论文目录:
第一章 绪论
§1.1 论文的选题背景
§1.1.1 金属钯(Palladium)膜的氢敏特性
§1.1.2 光学氢敏感原理、结构和研究现状
§1.2 论文的立论依据
§1.3 论文的研究内容
§1.4 本论文的创新点
§1.5 论文的总体结构
参考文献
第二章 表面等离子共振氢敏传感原理、数值分析及调制技术
§2.1 表面等离子波
§2.2 光学表面等离子激发的ATR(衰减全反射)耦合理论
§2.3 棱镜Pd膜氢敏表面等离子共振传感器
§2.3.1 氢敏表面等离子共振传感器模型
§2.3.2 氢敏表面等离子共振传感器数值计算
§2.4 Pd／Au复合表面等离子共振氢敏传感器
§2.4.1 Pd／Au氢敏感膜
§2.4.2 Pd／Au氢敏传感器数学模型
§2.4.3 Pd／Au氢敏传感器波长调制基因优化
§2.5 波导型表面等离子共振氢敏传感器
§2.5.1 集成光波导表面等离子共振Pd膜氢敏感原理
§2.5.2 波导氢敏传感器结构和制作
§2.5.3 导波特性
§2.6 光学表面等离子共振调制技术及改进
§2.6.1 一种新颖的双光束表面等离子共振传感调制技术
§2.6.2 表面等离子共振传感相位检测技术及计算
§2.7 小结
参考文献
第三章 拉锥光纤SPR氢敏传感器结构设计、制作及实验
§3.1 拉锥光纤SPR传感器
§3.2 拉锥光纤SPR氢敏传感器原理及计算
§3.2.1 拉锥光纤SPR氢敏传感器理论
§3.2.2 拉锥光纤SPR氢敏传感器数值计算
§3.3 均匀腰锥的拉锥光纤制作
§3.4 拉锥光纤表面的清洗
§3.4.1 光纤结构和材料
§3.4.2 拉锥光纤的清洗工艺
§3.5 本章小结
参考文献
第四章 拉锥光纤的氢敏感Pd_(90)-Ag_(10)合金膜的制备
§4.1 氢敏感膜的选择
§4.2 Pd_(90)-Ag_(10)合金膜材料的准备
§4.3 光纤镀膜
§4.4 电子束真空镀膜室的改造
§4.5 拉锥光纤镀膜夹具的设计
§4.6 拉锥光纤表面镀膜
§4.6.1 Pd_(90)-Ag_(10)合金薄膜生长基本原理
§4.6.2 Pd_(90)-Ag_(10)合金镀膜参数的确定
§4.6.3 Pd_(90)-Ag_(10)合金膜的生长和薄膜表面性能
§4.7 本章小结
参考文献
第五章 拉锥光纤氢敏SPR传感器测试装置设计及制造
§5.1 拉锥光纤SPR氢敏传感器测试系统分析
§5.2 拉锥光纤SPR氢敏传感器测试装置组成
§5.2.1 氢气测试气室及其管道的设计
§5.2.2 质量流量控制器及使用
§5.3 测试装置中的光学系统
§5.3.1 实验用激光光源
§5.3.2 实验用光探测器
§5.4 拉锥光纤氢敏传感器的实验过程
§5.5 小结
参考文献
第六章 拉锥光纤SPR氢敏传感器实验结果及数据分析
§6.1 拉锥光纤SPR氢敏传感器实验
§6.1.1 拉锥光纤氢敏传感器不同氢气浓度的敏感实验
§6.1.2 延长镀膜时间的拉锥光纤氢敏传感器实验
§6.1.3 减小均匀腰锥段直径的拉锥光纤氢敏传感器实验
§6.1.4 进一步减小均匀腰堆段直径的拉锥光纤氢敏传感器实验
§6.2 拉锥光纤SPR氢敏传感器响应时间实验
§6.3 小结
参考文献
第七章 总结与讨论
已发表的学术论文和所取得的发明专利
发布时间: 2005-07-27
参考文献
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- [4].基于光纤表面等离子共振传感技术的葡萄糖浓度测量方法研究[D]. 伍鹏.天津大学2012
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