镀钯银合金薄膜的长周期光纤光栅的氢气传感特性研究

摘要

氢气是一种重要的可再生清洁能源，在工业领域有着广泛的应用。然而氢气易燃易爆，在使用过程中应对其进行严格监控，因此研究氢气传感器具有很重要的意义。在众多类型的氢气传感器中，长周期光纤光栅型氢气传感器具有本征安全、结构简单、体积小、重量轻、抗电磁干扰、能够在恶劣环境下工作等优点，但目前国际上对这种传感器的研究还处于初步阶段。为此，本文以镀钯银合金薄膜的长周期光纤光栅氢气传感器为对象，从理论、制作和实验等三个方面进行探讨。主要研究内容如下：
　　 (1)运用模式耦合理论，分析长周期光纤光栅的基本原理，建立镀钯银合金薄膜的长周期光纤光栅氢气传感器的传感模型，分析得出传感器的传感器机理，即钯银合金薄膜吸氢后折射率变化，导致传感器透射谱谐振波长漂移；
　　 (2)运用高频CO2激光脉冲写入法制作长周期光纤光栅，通过大量实验研究，详细探索了长周期光纤光栅制作中光纤的定位方法、激光器能量参数和扫描次数对制作的影响规律，探索了制作性能良好稳定、一致性高的长周期光纤光栅的关键工艺；
　　 (3)采用磁控溅射镀膜法在长周期光纤光栅表面镀钯银合金薄膜，制成传感器。对镀膜后的长周期光纤光栅的透射谱进行观测和分析，验证了关于传感器传感机理的分析；
　　 (4)对镀钯银合金薄膜的长周期光纤光栅氢气传感器的性能进行测试研究，包括测试研究传感器的灵敏度、精密度、重复性、响应时间和恢复时间、稳定性、温度特性。结果表明传感器具有较好的响应特性，并验证了关于传感器传感机理的分析。