借助于功能材料的微纳光纤传感器研究

摘要

伴随着科学技术的不断发展，微纳光纤传感器以其结构紧凑、灵敏度高、响应速度快、与光纤系统兼容性强等优点引起了人们的关注，在医学、化学、生物学、物理学等领域都具有很高的潜在应用价值。为了进一步开发微纳光纤的传感特性，提高其器件性能，本论文着眼于微纳光纤与功能材料的结合，充分利用微纳光纤内部的模式和偏振干涉特性及功能材料对外界磁场和温度变化响应的特性，分别实现了磁场和温度传感器。
　　首先我们提出了基于磁溶液和微纳光纤模式干涉的磁场传感器，我们利用磁溶液对外界磁场敏感的特性，将其和高掺锗光纤拉制成微纳光纤锥封装在一起形成磁场传感器。通过对微纳光纤干涉谱的测量，实现测量磁场的目的，实现的磁场敏感度为58 pm/Oe。
　　其次我们又设计了基于磁溶液和微纳光纤偏振干涉的磁场传感器，我们借助磁场对磁溶液折射率的改变以及外界折射率对偏振干涉的影响进行磁场的测量。这种传感器具有高灵敏度、高集成度及高稳定性等特点。
　　最后，我们把聚N-异丙基丙烯酰胺与微纳光纤结合，将聚N-异丙基丙烯酰胺和微纳光纤封装在水溶液中，利用聚 N-异丙基丙烯酰胺的温敏性，将环境温度的改变反映到微纳光纤干涉光谱的漂移上，实现了44.1 nm/oC的超高温度敏感度。

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第一章 绪论

1.1 微纳光纤的背景和发展

1.2 微纳光纤传感器的结构分类和发展趋势

1.3 微纳光纤磁场传感器和温度传感器的研究现状

1.4 研究内容和创新之处

第二章 锥形光纤的理论研究基础

2.1 微纳光纤的模式理论基础

2.2 锥型微纳光纤的模式干涉

2.3 微纳光纤的熔融拉锥制作方法与基础

2.4 本章小结

第三章 基于磁流体和微纳光纤模式干涉的磁场传感器

3.1 本章引言

3.2 磁场传感器的制备及原理

3.3 磁场的测量及结果

3.4 本章小结

第四章 基于磁流体和微纳光纤偏振干涉的磁场传感器

4.1 本章引言

4.2 传感器的制作和微纳光纤的偏振特性

4.3 基于矩形微纳光纤的磁场测量实验

4.4 基于椭形微纳光纤的磁场测量实验

4.5 本章小结

第五章 基于高分子材料和微纳光纤的温度传感器

5.1 本章引言

5.2 聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAm）

5.3 温敏传感器

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

攻读硕士期间参加的科研项目

致谢