基于新型有机染料的光微流激光及其爆炸物浓度传感研究

论文摘要

光微流激光器作为光和微流控技术的结合体,集成了发光增益材料、光学谐振器和微流通道,在生化传感方面具有显著优势。将新型有机染料应用于光微流激光,染料分子结构和浓度的微小变化在微腔的放大作用下会对出射激光产生非常大的影响,与传统的荧光传感相比具有明显的优势。由于光微流激光器中的法布里-珀罗谐振结构,微流激光比荧光检测方法更灵敏,而且激光信号具有更窄的线宽和更好的方向性,收集的传感信号光通过空间滤波、光谱选择等方法可以很好地滤除荧光背景的干扰。最主要的,光微流激光的强度比荧光强度高几个数量级,可实现更大的检测范围。本文实现了基于新型有机染料的光微流激光,一方面保留了光微流激光灵敏度高、探测极限低、检测范围宽、样品用量小、成本低等特点和优势,另一方面荧光有机染料具有快速响应,低成本和易于合成等优点,可用于特定的待测物识别与传感。本文围绕基于新型有机染料的光微流染料激光及其传感特性开展工作,主要研究了新型有机染料的微流激光特性和基于新型有机染料的光微流爆炸物传感及其性能优化。具体工作如下:（1）本文首先介绍了基于光微流激光的法布里-珀罗谐振腔的设计和搭建。实验采用外径为1.4mm×1.4mm,内径为1.1mm×1.1mm的方形毛细管,将两根塑料软管连接至方形毛细管两端,缝隙用紫外胶填充并固化,形成微流通道,放入两片反射镜之间通过支架固定构成法布里-珀罗谐振腔。（2）实验中采用新型有机染料的酒精溶液作为增益介质,实现了基于法布里-珀罗谐振腔的光微流染料激光。在532 nm脉冲激光泵浦下,实验得出新型有机染料酒精溶液的最佳发光浓度为0.5mM。接下来,在最佳发光浓度下分别研究了新型有机染料的阈值、光稳定性和光限幅效应。实验证明,新型有机染料具有显著的优越性,为下面的爆炸物传感奠定了基础。（3）当新型有机染料与DNT以一定比例混合会产生淬灭效应,导致荧光强度减弱,经过F-P腔的放大后,相对应的激光强度也会明显减弱。基于这一特性,设计了硝基苯类爆炸物的检测,实现了对DNT的传感。结果显示,基于新型有机染料的光微流激光器可以达到4个数量级的大动态范围和更低的检测下限（10nM）。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 光微流技术的发展
•   1.2 光微流激光的研究与应用
•     1.2.1 光微流谐振腔概况
•     1.2.2 光微流传感技术的应用发展
•   1.3 爆炸物检测技术的发展和应用
•   1.4 本论文的结构安排
• 第二章 光微流激光理论研究
•   2.1 法布里-珀罗（F-P）谐振腔理论
•   2.2 法布里-珀罗（F-P）谐振腔主要参数
•   2.3 法布里-珀罗（F-P）谐振腔的搭建与测试
•   2.4 本章小结
• 第三章 基于新型有机染料的法布里-珀罗微流激光
•   3.1 实验原理分析
•   3.2 基于新型有机染料的特性实验
•     3.2.1 实验仪器选择
•     3.2.2 实验装置设计
•     3.2.3 实验方法和步骤
•   3.3 实验结果分析
•     3.3.1 新型有机染料的最佳发光浓度测量
•     3.3.2 激光阈值的检测
•     3.3.3 新型有机染料的光稳定性分析
•     3.3.4 新型有机染料的光限幅效应
•   3.4 本章小结
• 第四章 基于新型有机染料的爆炸物传感及其优化
•   4.1 研究背景
•   4.2 基于新型有机染料的爆炸物浓度传感
•     4.2.1 实验原理
•     4.2.2 实验方法及步骤
•     4.2.3 实验结果分析
•   4.3 基于新型有机染料的爆炸物浓度传感的优化
•     4.3.1 新型有机染料浓度的优化
•     4.3.2 法布里-珀罗谐振腔的优化
•   4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
•   5.1 全文工作总结
•   5.2 后续工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 范茂雯

导师: 龚元

关键词: 光微流,染料激光,法布里珀罗谐振腔,新型有机染料,爆炸物检测

来源: 电子科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,信息科技

专业: 物理学,一般化学工业,无线电电子学,自动化技术

单位: 电子科技大学

分类号: TQ617.3;TN248;TP212

总页数: 65

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