GQDs-FBG光谱特性研究

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近年来,科研人员利用各种镀膜涂覆技术将不同材料形成的膜与光纤光栅结合,在光纤光栅的包层上涂覆一层均匀对称或者周期性变化非对称的薄膜来改变光纤光栅的传输特性以便制作新型的光纤传感器。针对不同场合,人们在光纤光栅上涂覆介质膜、金属膜和纳米材料膜制作出了不同类型灵敏度高、稳定性好的传感器,在光纤通信与传感领域大显身手。而在光纤光栅上涂覆纳米材料膜已经成为现阶段的研究热点。石墨烯量子点(GQDs)是石墨烯尺寸小10nm时形成的准零维碳纳米材料,不仅具有石墨烯的最快导电速度、大的比表面积、最强导热能力、最大力学强度还具有量子点所拥有的较高的吸光和发光效率、独特的、可调谐的光学特性以及毒性低、安全环保等优点。虽然有关光纤光栅上涂覆石墨烯、碳纳米管的研究已有不少,但对光纤光栅上涂覆石墨烯量子点的研究未见到相关报道。由于石墨烯量子点(GQDs)具有与石墨烯、碳纳米管相比独特的光学物理特性,因此将石墨烯量子点涂覆在光纤光栅上,其光谱会表现出特别的变化。本论文通过理论与实验相结合的方法,对石墨烯量子点(GQDs)涂覆光纤光栅后的光谱进行了研究,主要研究内容如下:第一章,综述了涂覆光纤光栅的原理以及国内外研究状况,同时对光纤光栅、石墨烯量子点(GQDs)的相关知识做了必要的介绍。第二章,从光纤理论着手,过渡到光纤光栅理论以及传感理论,并对光栅参量进行了详细的研究分析并用MATLAB软件计算验证。第三章,详述涂覆光纤光栅原理,并重点研究了石墨烯量子点(GQDs)的光电特性、吸附特性。并对包层各向异性晶体光纤光栅模型和包层腐蚀型光纤光栅进行了分析,同时运用MATLAB、OPtiGratting与Rsoft光学软件综合对此仿真分析。第四章,在实验准备阶段得到腐蚀包层后的光纤光栅,同时制备了石墨烯量子点(GQDs)的涂覆液,最后对石墨烯量子点(GQDs)涂覆光纤光栅后的光谱进行了研究,发现其反射率先变小再升高,同时中心波长一直红移。并提出利用GQDs-FBG制成湿度传感器进行研究。这为制作新型的光纤光栅传感器做了初步的探索。
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