光纤腔衰荡系统及其在流体传感中的应用

摘要

文章简要介绍了腔衰荡光谱技术的产生和发展；概述了光纤腔衰荡光谱技术的产生及发展过程；总结并分析了三种不同的系统结构：光纤表面涂敷的光纤腔衰荡光谱结构、布拉格光栅对腔衰荡光谱结构以及光纤环衰荡光谱结构。介绍了腔衰荡系统的应用领域及研究意义。本文主要研究工作及研究成果如下：
　　 1.详细阐述腔衰荡光谱的系统结构，并细致分析了基于光纤的腔衰荡光谱不同结构的原理。推导了传感系统中的损耗、器件选择对输出衰荡曲线的变化关系。
　　 2.基于光纤耦合模理论，阐释了倏逝波的原理，详细分析了倏逝波传输特性，推导出倏逝波强度随透射深度的变化规律关系。对倏逝波传感进行了研究，得到倏逝波随外界折射率的改变和光纤包层的改变的变化规律。将倏逝波原理与光纤环衰荡光谱系统相结合，合作设计并制作出倏逝波传感器件，将其接入光纤环系统中进行折射率传感检测，得到外界折射率改变与系统衰荡谱变化的关系曲线。
　　 3.阐述了飞秒激光精细加工原理及分类，介绍了飞秒激光微加工技术及应用。设计并合作构建了飞秒激光刻蚀光纤微腔系统，利用该系统在单模光纤上成功刻蚀出光纤微腔，该光纤微腔呈现明显F－P干涉谱。
　　 4.将光纤微腔应用于微流体折射率检测。通过对光纤微腔经HF腐蚀等处理后，进一步减小了光损耗。将处理后的光纤微腔接入光纤环衰荡腔系统中，实现了微流体的高灵敏度传感。
　　 5.根据光纤环衰荡腔结构及原理，提出了光纤环衰荡腔系统三方面优化设计方案：即系统中引入放大单元，使用皮秒脉冲光源，将空心光子带隙光纤应用于光纤环衰荡腔系统。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 引 言

第一节 腔衰荡光谱研究简介

1.1.1 CRDS技术的产生及发展

1.1.2 传统的CRDS系统结构

第二节 光纤CRDS技术的产生和发展

1.2.1 光纤CRDS技术的产生

1.2.2 光纤CRDS系统构成

1.2.3 光纤衰荡腔技术的应用

第三节 论文主要研究内容及创新点

1.3.1 论文主要研究内容

1.3.2 研究工作的创新点

第二章 光纤腔衰荡系统传感理论

第一节 CRDS衰荡光谱技术原理

2.1.1 反射镜组成的腔衰荡光谱原理

2.1.2 光纤光栅对CRDS技术原理

2.1.3 光纤环衰荡腔技术原理

第二节 超短光脉冲的产生

2.2.1 铌酸锂光调制器的基本结构和工作原理

2.2.2 调Q激光器

第三节 光电转换与放大

2.3.1 光电二极管原理

2.3.2 反向偏置电路

本章小结

第三章 倏逝波传感及其在光纤环衰荡腔流体传感中的应用

第一节 倏逝波传感器原理

3.1.1 倏逝波原理

3.1.2 倏逝波的传输特性

3.1.3 倏逝波传感分析与讨论

第二节 基于光纤环衰荡腔的倏逝波吸收传感研究

3.2.1 理论模型建立与分析

3.2.2 光吸收定律

3.2.3 基于光纤环衰荡技术的倏逝波传感结构

第三节 实验结果与分析

本章小结

第四章 飞秒激光刻蚀光纤微腔及其在光纤CRDS系统中应用

第一节 飞秒激光超微细加工

4.1.1 飞秒激光系统简介

第二节 激光微细加工原理及分类

4.2.1 热化学、光化学和反应速率

4.2.2 激光微细加工机理

第三节 飞秒激光超微细加工技术与应用

4.3.1 飞秒激光超微加工的原理

4.3.2 飞秒激光微细加工的特点

4.3.3 飞秒激光微细加工的应用

第四节 飞秒激光微加工光纤微流量器件及其在CRDS系统中应用

4.4.1 微腔加工系统

4.4.2 微腔加工过程

4.4.3 微腔性质分析

4.4.4 微腔折射率传感

4.4.5 光纤微腔在光纤环衰荡腔系统中的应用

本章小结

第五章 光纤环衰荡腔系统的优化设计

第一节 光纤环衰荡腔系统中增益单元的研究

第二节 空心光子带隙光纤的引入

第三节 光源的优化

本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

个人简历及在学期间发表的学术论文和研究成果