微納光纖布喇格光柵氫氣傳感器研究.pdf

1、近年來隨著氫氣在能源和工業(yè)領域的應用逐漸深入，在含氫環(huán)境中作業(yè)（車間、礦井等）中的對氫氣濃度進行監(jiān)測至關重要。傳統(tǒng)電學氫氣濃度傳感器，有可能產生會產生發(fā)熱、電荷堆積、電磁效應甚至是迸發(fā)電火花的情況，使得傳感器本身在含氫環(huán)境中成為了新的安全隱患。光纖氫傳感器通過在光纖的表面鍍鈀膜，通過膜結構吸收氫氣引起的光纖中光強、相位、偏振態(tài)等參量的變化實現(xiàn)氫氣濃度檢測。與電傳感器相比，光纖氫氣傳感器具有本質安全性，但面臨著靈敏度不高、溫度交叉敏感性強

2、等難題。本文針對以上問題，提出微納光纖光柵氫傳感器方案。通過將傳統(tǒng)單模光纖熔融拉錐至直徑數(shù)微米，形成微納光纖，在光纖上進行布喇格光柵并鍍鈀膜。當鈀膜吸氫使膜折射率發(fā)生變化時，由于光與金屬膜之間的倏逝場作用，光柵反射波長發(fā)生變化，通過對波長漂移量的測量感測氫氣濃度。與現(xiàn)有技術相比，我們的方案具有高靈敏度，低溫度交叉響應等優(yōu)點。
　　本文主要研究內容如下：
　?。?）分析了微納光纖的光學特性和倏逝場傳感原理，通過熔融拉錐方法制備

3、不同直徑的微納光纖。
　　（2）分析了氫敏材料金屬鈀（Pd）的吸氫特性，包括與氫元素的結合方式及產生的自身體積膨脹，復折射率變化等。研究并優(yōu)化了將鈀均勻沉積在光纖表面的工藝。
　?。?）以微納光纖光柵的高效紫外寫制為基礎并結合鈀膜的沉積制備氫氣傳感器。對不同直徑的微納光纖光柵傳感器對氫氣濃度的響應進行了測量。結果表明：光柵反射波長隨著氫氣濃度增加而藍移，當光纖直徑為3.3微米時，光譜漂移量達到-1.08 nm，靈敏度為普通單