微结构光纤微流激光及其传感研究

论文摘要

光纤微流激光传感器集成了光学微腔、增益介质和微流通道,将光纤本身的环形截面作为WGM微腔,降低了制造成本,并综合了激光和微流技术的优势,成本低廉、重复性好、探测极限低且检测范围广,在生化传感领域有着不可替代的作用。传统通信光纤的固体石英纤芯限制了其内部空间的利用,阻碍了进一步的集成化。本文通过对微结构光纤的加工处理,实现了将增益介质和微流通道集成在同一根光纤中的目的,进一步缩小了器件的体积。本文主要完成了以下工作:（1）制成基于染料掺杂聚合物薄膜的空心光纤微激光器。基于外径103.9μm壁厚11.7μm的单孔空心光纤,利用溶剂蒸发沉积法,在其内壁涂覆了一层掺杂荧光染料（Rhodamine 640,Rh640）的聚合物（PS-PMMA）薄膜,并成功实现激光输出,激光出射阈值为1.7μJ/mm2;（2）针对上述微激光器实现了更大波长范围的激光输出。通过替换荧光染料种类的方式,将掺杂在聚合物薄膜中的Rh640替换为R6G和RhB,并成功实现了不同波长范围的激光输出,激光出射阈值分别为4.14μJ/mm2和3.77μJ/mm2;（3）针对上述微激光器进行优化并实现体溶液折射率传感。基于外径133μm壁厚3.87μm的单孔薄壁空心光纤,对上述微激光器进行了优化与改进,将激光出射阈值降低至0.92μJ/mm2,并基于波长漂移成功实现了氯化钠溶液的折射率传感,其传感灵敏度为139.44nm/RIU;（4）基于双孔光纤微激光器设计了微流传感器的制造方法。利用化学刻蚀的方式,使双孔光纤在充满2mM的R6G乙醇溶液的条件下成功实现激光输出,其激光出射阈值为2.05μJ/mm2。最后,文章设计了飞秒激光微结构加工的方式,构建了双孔光纤微流激光传感器,为进一步实现生物传感提供可能。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 引言
•   1.2 光微流激光技术的发展
•   1.3 光纤微流传感技术的研究
•     1.3.1 光学微腔分类
•     1.3.2 光纤与光微流激光
•   1.4 本文的结构安排
• 第二章 微结构光纤微流激光理论研究
•   2.1 激光基本原理
•     2.1.1 光的受激辐射
•     2.1.2 受激辐射放大
•     2.1.3 光的自激振荡
•   2.2 微结构光纤微流激光
•     2.2.1 回音壁模式
•     2.2.2 微结构光纤
•   2.3 微结构光纤光场仿真
•     2.3.1 厚壁单孔空心光纤
•     2.3.2 薄壁单孔空心光纤
•     2.3.3 双孔光纤
•   2.4 本章小结
• 第三章 基于染料掺杂聚合物薄膜的空心光纤微激光器
•   3.1 实验原理分析
•   3.2 微激光器的制作及其特性研究
•     3.2.1 实验仪器及试剂
•     3.2.2 实验装置设计
•     3.2.3 掺杂及镀膜工艺
•     3.2.4 激光特性
•   3.3 微激光器特性扩展
•     3.3.1 基于R6G掺杂PS-PMMA薄膜的空心光纤微激光器
•     3.3.2 基于Rh B掺杂PS-PMMA薄膜的空心光纤微激光器
•   3.4 体溶液折射率检测探究
•     3.4.1 微流通道的构建
•     3.4.2 实验方法与步骤
•     3.4.3 实验结果分析
•   3.5 本章小结
• 第四章 空心光纤微激光器性能优化
•   4.1 实验原理分析
•   4.2 微激光器性能的优化
•   4.3 体溶液折射率传感
•     4.3.1 实验方法与步骤
•     4.3.2 实验结果分析
•   4.4 本章小结
• 第五章 基于双孔光纤的微激光器
•   5.1 实验原理分析
•   5.2 双孔光纤微激光器的制作及特性研究
•     5.2.1 光纤外壁化学刻蚀工艺
•     5.2.2 实验装置设计
•     5.2.3 激光特性
•   5.3 基于双孔光纤微激光器的微流传感器设计
•     5.3.1 飞秒激光微结构加工
•     5.3.2 增益介质封装及微流通道构建
•   5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
•   6.1 全文工作总结
•   6.2 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: 赵旭豪

导师: 龚元

关键词: 光纤微流激光,回音壁模式,微结构光纤,光纤传感

来源: 电子科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学,自动化技术

单位: 电子科技大学

分类号: TP212;TN253

总页数: 69

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