基于纳米双层薄膜的光子晶体光纤长周期光栅甲烷传感特性研究

来源 :重庆大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:skgoo1989
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
甲烷是天然气、沼气、油田气及矿井瓦斯的主要成分,检测煤矿生产环境与天然气的开采、运输、存储等环节中的甲烷气体浓度,对于保障安全生产,减少安全事故发生有着至关重要的作用。光子晶体光纤长周期光栅作为一种新型的无源光纤器件,在光纤传感领域得到广泛应用,同时也为气体检测提供了新的途径。  提出一种基于纳米双层薄膜的光子晶体光纤长周期光栅(PCF-LPG)甲烷传感方法,采用局域耦合模理论分析基于纳米双层薄膜的PCF-LPG的甲烷传感机理;将有限元法与局域耦合模理论结合,研究光栅参数对传感器透射谱的影响和敏感薄膜参数对传感器响应特性的影响;通过刻写PCF-LPG,采用气压驱动装置和静电自组装法制备敏感薄膜,形成PCF-LPG甲烷传感器;开展甲烷传感实验,评价传感器性能。主要内容包括:  (1)结合有限元法与局域耦合模理论,仿真分析PCF-LPG甲烷传感器的光栅参数和敏感薄膜参数对其传感特性的影响。利用有限元法分析PCF-LPG光栅区内场分布的情况,求解纤芯基模和包层模式的有效折射率与传播常数,使用局域耦合模理论求解纤芯基模与包层模式之间的耦合系数,仿真得到PCF-LPG甲烷传感器的透射谱。表明传感器空气孔涂覆的敏感薄膜折射率从1.55减少至1.53,透射谱谐振波长会发生蓝移,并且当敏感薄膜厚度在200nm左右时,传感器的灵敏度最高。  (2)研究甲烷浓度对cryptophane-A-6Me、含碳纳米管的静电自组装薄膜组成的敏感薄膜折射率的影响;实验测试结果表明,当甲烷浓度从0%增加至3.5%时,敏感薄膜折射率减小值为0.0049RIU。通过对比不同方案制作得到的PCF-LPG并测试透射谱,配制敏感膜涂覆溶液,采用气压驱动装置在PCF-LPG的包层空气孔内表面涂覆敏感薄膜,制作PCF-LPG甲烷传感器。  (3)在0%-3.5%的甲烷浓度范围内,对制作的不同敏感薄膜厚度的PCF-LPG甲烷传感器进行测试,表明甲烷气体浓度的增加会导致敏感薄膜折射率的降低,从而使传感器透射谱的谐振波长发生蓝移,并且随着敏感薄膜厚度的增加,传感器灵敏度也会提高,与理论分析结果一致。对于敏感薄膜厚度210nm的传感器,其灵敏度最佳达-1.078nm/%,检出限为0.18%。实验研究传感器对氮气(N2)、氧气(O2)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、硫化氢(H2S)的响应情况,结果表明,制作的PCF-LPG甲烷传感器对甲烷气体具有良好的选择性。
其他文献
随着科技的发展与社会的进步,工业生产过程中设备集中化是发展的必然趋势。设备的大规模集中就导致了一个重要问题:设备机房的运行稳定问题。当今许多单位为了保证机房运行的
增压器的发明和应用是内燃动力发展史上的一个里程碑,特别是自20世纪70年代涡轮增压器不断小型化以后,增压技术更是有了突飞猛进的发展。目前已被世人公认为内燃机技术发展方
传统的正交坐标测量机以其成熟的技术与强大的功能而享有“测量中心”的称谓,非正交坐标测量系统以其独特的优点同样得到了广泛的应用。本文研究了一种非正交坐标测量系统——
在工业化晶体硅太阳能电池工艺中,丝网印刷技术一直都是研究的重点。丝网印刷分为电极工艺和烧结工艺。电极工艺主要作用是电极的印刷,而烧结工艺则侧重于金属与半导体之间的欧
长期以来,电站锅炉受热面管的爆管问题,一直是导致国内外火电机组强迫停机的主要原因之一。由于设计、制造、运行等方面因素的影响,机组超温导致受热面管壁生成大量氧化膜现象一
在各种机械设备性能检测系统中,扭矩是最能反映出机械传动转轴性能的典型机械量之一。通过对被测扭矩信号的分析,可迅速获得反映机械传动系统的主要特征参量,如扭转角、转速、角加速度等。因此,具有精度高、准确性好、抗干扰能力强的扭矩测量新方法及测量系统成为了近年来国内外学者研究的热点之一。论文针对目前国内外对高温、高湿、强腐蚀、强冲击等极端恶劣环境下的扭矩测量仍无有效检测方法的现状,在国家自然科学基金项目(
高反镜的背散射是形成激光陀螺腔内背散射的主要原因,散射光降低了器件的精度和灵敏度,通常高反射镜具有多层介质反射膜,而每层介质膜都会成为散射源.散射光的存在一方面给光
随着全光器件研发技术的日渐革新,光与微纳尺度介质相互作用的研究得到了广泛关注。本文研究内容主要涉及两部分:在电介质微纳材料中提高三次谐波和在金属双缝微腔结构中调控透