基于倏逝场效应的光纤传感特性研究

面向生化危险环境的无损检测已成为当今的研究热点。光纤作为一种抗电磁干扰强、损耗小的传导物质在微量物质检测中受到了广泛的应用。本论文在了解了存在于光纤表面的倏逝场效应之后，深入研究了锥形光纤中光学传输的性质以及特点，并基于此设计了用于微量物质检测的双锥形光纤传感，并对其传感特性进行了初步的探索与研究。由于光纤主要是硅材质，其具有的良好的生物相容性、惰性且易功能化（存在丰富的羟基官能团,可以很容易与醇类及硅烷偶联剂反应,便于进一步与目标生物分子结合），因此将表面修饰技术与光纤传感技术结合在一起，并尝试将其用于对物质的检测当中。采用氢氧焰熔拉法制备了锥形区长度分别为20、25、30mm的光纤敏感探头，并从理论计算与实验测试两方面上进行了灵敏度的分析比较，得出拉锥30mm的灵敏度更高，倏逝场效应更强。改进了光纤的清洗与封装工艺，将既不和浓硫酸反应又不会产生杂质的载玻片作为封装载体，在空气流的作用下完成光纤的封装。将制备好的光纤传感用于水和酒精溶液的光谱测量中，通过寻找特征吸收峰的方法初步实现了物质的定性检测，其功率吸收达到3-5dB之多。但由于波谱范围比较广，在寻找特征吸收峰的过程中不同的物质出现了波峰的交叠现象。针对此又进行了光纤的表面修饰实验探索，将带有极性与非极性特定官能团的硅烷偶联剂修饰在光纤表面，用来检测相对应的特性物质，其实验结果较未加修饰的吸收峰更明显，吸收量更大，吸收率提高了1-2dB左右，这充分证明了本实验方案是可行的。在对物质的定性检测之后，还对其进行了一些定量测试。以酒精为例，分别对比例为1:10、1:15、1:20、1:25、1:30的酒精和水的混合溶液进行了光谱测试，测试结果随着酒精溶液浓度的增大，其吸收量也在不断增加，进一步说明了本论文中制备的双锥形光纤传感对物质的浓度变化是非常敏感的，可以用来进行对物质浓度的定量检测。