基于偶氮材料填充的微结构光纤传感器件研究-光学工程专业论文.docx

万方数据 万方数据 南开大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所 取得的研究成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包 含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所 涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名： 杨春雪 2015 年 5 月 27 日 非公开学位论文标注说明 (本页表中填写内容须打印) 根据南开大学有关规定，非公开学位论文须经指导教师同意、作者本人申 请和相关部门批准方能标注。未经批准的均为公开学位论文，公开学位论文本 说明为空白。 论文题目 申请密级 □限制(≤2 年) □秘密(≤10 年) □机密(≤20 年) 保密期限 20 年 月 日至 20 年 月 日 审批表编号 批准日期 20 年 月 日 南开大学学位评定委员会办公室盖章(有效) 注：限制★2 年(可少于 2 年);秘密★10 年(可少于 10 年);机密★20 年(可少于 20 年) II 摘要 摘要 摘 要 微结构光纤因其独特的光学特性以及结构设计灵活，制作材料多样性等优 点，受到广泛关注。其后处理形式除与传统光纤类似的拉锥、写栅、刻蚀等方 式外，由于包层空气孔的存在，还可将功能材料填充到光纤中，将光纤与功能 材料结合，进而获得更为丰富的新型光纤功能器件，并在生物、化学等交叉学 科发挥优势。通过功能材料填充微结构光纤，可制备出灵敏度高、结构微型化、 易于集成的新型光纤传感器件。偶氮苯材料具有独特的光敏、非线性、光致各 向异性等特点，因而被广泛应用于光存储、光开关、以及于生物工程领域。本 文通过液体填充的方式将偶氮苯材料与微结构光纤相结合，制备基于偶氮材料 填充的光纤传感器件。文章的主要内容如下： 1. 将 DY7-氯仿溶液填充到固芯微结构光纤包层空气孔，对填充后的结构进行 光谱特性分析，并通过对比实验探究透射光谱损耗峰的来源。实验研究了该 结构对温度、应力等参量的响应，发现其对温度敏感而对应力不敏感。据此 获得一种应力不敏感的温度传感器。 2. 利用 DR1 吸收可见光发生光致异构的特性，将 DR1 溶液填入微结构光纤， 对光纤进行光敏化处理。研究该结构的光强和温度响应，其透射光谱中的两 个透射峰的损耗随激发光强的变化趋势相反，进一步揭示其损耗峰的产生机 制。利用该结构我们实现了灵敏度较高的温度和光强传感。光强传感灵敏度 达到 0.26468dB/(mW·cm-2)。 3. 理论设计并实验实现了一种基于选择性填充微结构光纤的温度-应力双参量 传感器。满足相位匹配条件时，纤芯基模向液柱高阶模耦合，在透射光谱中 产生一系列具有不同温度、应力响应特性的谐振损耗峰。该结构解决了以往 传感器的灵敏度或测量范围的不足，获得了一种灵敏度高、测量范围广的传 感器。且该结构解决了温度-应力之间的交叉敏感问题，该结构并为后续基于 偶氮苯材料的光纤器件研究工作提供了前期工作基础。 关键词：微结构光纤，偶氮苯，液体填充，双参量传感器，温度传感，光强传 感，应力传感 I Abst Abstract Abstract Microstructured optical fibers (MOFs) have been widely investigated for their unique light guiding properties, flexible design, and diversity of material choice. The periodic air-hole arrangement over the fiber cross section along the fiber axis provides a promising possibility to infiltrate functional materials into the cladding air holes. The functional material infiltration technique equips MOFs with the mutual advantages of material science and fiber optics, and thus a good variety of functional fiber-optic devices could be developed. Azobenzene-based materials have attracted considerable research interests for their distinguished cis–tr