论文部分内容阅读
硫系玻璃是以元素周期表中VIA的硫族元素-硫(S)、硒(Se)、碲(Te)作为主要玻璃形成体并添加其他元素如锗(Ge),砷(As)和锑(Sb)。硫系玻璃光纤在中远红外波段具有优良的透过特性、抗析晶能、抗腐蚀能力及高灵敏度等优点。因此硫系玻璃光纤在液体、气体检测以及生物化学、医药、食物监测有着独有的优势。因此,探索一种新型的高灵敏中远红外硫系玻璃光纤传感器具有应用前景。本文通过多次蒸馏提纯和熔融冷却法制备了高纯度的新型环保型Ge20Se60Te20玻璃,并测试了其热学和光学性能。同时,对Ge20Se60Te20玻璃进行了光纤拉制实验,并采用自制拉锥平台制作了不同锥区直径的拉锥光纤,最后测试了其对不同浓度的混合溶液的传感实验,证实了硫系光纤用于混合液体传感的可能性,最后利用COMSOL软件对实验进行仿真实验,结果显示实验与仿真结果相吻合,根据实验和仿真结果得到拉锥光纤最优的锥区几何参数。论文的第一章绪论首先介绍了红外光纤传感器的研究背景,以及近几十年的发展现状及趋势。并详细阐述了硫系光纤应用于传感领域时需要考虑的参数,例如光纤组分、光纤直径、光纤结构、是否涂覆,并介绍了硫系红外光纤的应用领域。最后提出本文的研究内容和研究意义。第二章主要是理论部分,简要描述了光纤导光理论以及光纤损耗机理。重点阐述了光纤倏逝波光谱法的背景和原理,特别是拉锥光纤和涂覆光纤的倏逝波理论。第三章描述了高纯Ge20Se60Te20硫系玻璃的提纯和制备工艺,并测试了其玻璃样品的光学、热学等性能。接着介绍了Ge20Se60Te20硫系玻璃光纤的制备及损耗测试,然后通过拉锥得到锥腰直径分别为30、50、70、90μm的拉锥光纤,最后对不同浓度的混合溶液进行了传感实验。第四章主要是分析了Ge20Se60Te20硫系玻璃及光纤的性能,着重对Ge20Se60Te20硫系玻璃光纤的吸收图谱进行了分析,对特征吸收峰所对应的待测混合液体进行了详细描述,通过对比不同锥腰直径对光纤传感的影响,优化了较为合适的锥区直径,最后计算并分析了光纤传感的灵敏度。第五章利用Comsol软件建立了光纤传感仿真模型,并对传感实验部分都进行了仿真模拟,通过比较分析实验和仿真结果,仿真得到的合适的锥区直径与实验结果一致。第六章总结了本论文的研究结果,并进行了展望,提出了实验的不足之处以及改进方向。