TbDyFe-FeNi多层膜/光纤磁传感器磁敏性能实验研究

采用磁控溅射工艺制备了TbDyFe-FeNi多层膜/光纤复合结构,并搭建M-Z干涉仪磁场检测系统对复合结构的磁敏性能进行试验测试.实验结果表明,在调制磁场频率为复合结构的固有频率的条件下,系统对磁场信号感应强度最大;系统输出信号大小随调制磁场强度线性增加,添置恒定直流磁场后,系统响应信号大小明显增强.在0～48 kA/m的直流磁场范围内,干涉仪(传感臂有效长度为10 cm)信号响应灵敏度为6.05×10-5rad/(√Hz·kA·m-1);当多层膜厚度增加到5 μm时,干涉仪信号响应灵敏度变为6.07×10-5rad/(√Hz·kA·m-1).     

一种二次镀银光纤光栅气敏传感器

为了更加有效地实时检测井下硫化氢(H₂S)气体,提出一种在光纤Bragg光栅(FBG)上二次 涂镀银(Ag)膜的光纤气敏传感器。一方面,采用二次镀Ag的制备方法增加Ag膜的均匀性,提 高气敏元件的灵敏度;另一方面,采用特殊的油气分离、流线型设计,保证了H₂S气体与 气敏元件的有效接触,实 现井下低浓度气体的实时检测。根据实验,当镀Ag的FBG气敏元件置于H₂S气体中时,传入 光 纤的倏逝波能量减小,反射光谱的峰值功率下降2.0dBm。     

一种基于Pd-Y合金纳米膜的光纤H2传感器

为提高光纤H₂传感器的响应速度、稳定性和可 重 复性,本文分析了Pd-H传感机理,进而提出利用双靶溅射工艺在石英光学玻璃基底上制 备55nm厚的Pd-Y合金H₂敏薄膜,采用双光路 检测技术设计并实现了反射式光纤束H₂传感器系统。通、放H₂实验结果表明,本文 研制的基于Pd-Y合金纳米薄膜的 传感器具有响应快速的特点,特别是在多次循环老化实验后表现出良好的稳定性和可重复性 。     

高灵敏度塑料光纤湿度传感器

为了提高塑料光纤湿度传感器的灵敏度,该文利用商用塑料光纤、聚砜、二氧化锗(GeO₂)和聚酰亚胺构建了一种新型结构的塑料光纤湿度传感器。首先将长度为0.5 m的商用塑料光纤中心部分(长5 cm)包层去除,并弯曲成U形(弯曲半径为2 cm),再将聚砜与GeO₂的混合物涂覆在商用光纤纤芯表面,然后将涂覆聚砜与GeO₂的塑料光纤在70 ℃下干燥10 h,最后涂覆上聚酰亚胺湿敏材料,在60 ℃下干燥后形成塑料光纤湿度传感器。实验研究了不同涂覆对塑料光纤传感器光传输特性及其灵敏度的影响,实验结果表明,在温度40 ℃、相对湿度10%RH~80%RH下,当塑料光纤纤芯直径为900 μm、聚砜与GeO₂涂覆层厚200 μm、聚酰亚胺湿敏膜厚 20 μm时,传感器对湿度的响应灵敏度可达到-0.9 nW/(1%RH),是将20 μm聚酰亚胺湿敏材料涂覆在1 500 μm塑料光纤纤芯表面响应灵敏度的6.9倍。     

一种基于离心沉积金钯核壳纳米颗粒膜的光纤H2传感器

鉴于低维纳米材料的大比表面积可以极大的提高材料与气体分子的接触面积,增强 氢敏材料的灵敏度,本文提出了一种基于离心沉积金钯(Au-Pd)核壳纳米粒膜的反射式光 纤氢气传感器。实验中采用种子 溶液生长法合成尺寸约40nm的立方金核,后在金核溶液中加入Pd的 生长液,进而得到粒径约62nm的Au-Pd 核壳纳米颗粒。在4000rpm,8min条件下,将4mL纳米颗粒溶液水平 离心沉积在10 mm×10mm的石英玻璃 基片上得到氢敏纳米膜。表征分析结果显示,该方法制备的Au-Pd核壳纳米粒子粒径均 一、结晶良好,离 心沉积薄膜厚度均匀为200nm。在不同浓度氢气环境下,通过搭建的 带有双光路补偿的反射式光纤束传感 器对纳米粒薄膜的氢敏特性进行了测试。结果表明,该传感器对浓度在0.1%～4%的氢气具有较高的响应速 度,在多次通/放氢循环中表现出良好的稳定性和可重复性;随着氢气浓度的降低,传感 器的灵敏度呈非线性增大,有利于对低浓度氢气的检测。     

光纤氢传感器的研究进展

论述了光纤氢传感器的基本原理、性能特征和优势,综述了国内外光纤氢传感器的发展现状,对四种光纤氢传感器的结构原理、工作性能及特点进行了深入研究和介绍,并对其应用前景作了展望。     

检测天然气中H2S气体浓度的光子带隙光纤传感器

为消除光源不稳定、光电器件的热零点漂移以及零 点漂移对测量准确度的影响,基于差分吸收检测法,设计一种检测天然气中H₂S气体浓度 的高稳定性、高灵敏度的光子带隙传感器。为提高系统响应,采 用4段串联的空芯光子晶体光纤(HC-PBF)作为气体传感探头。对不同组分浓度 的H₂S和CO₂气体进行了检测,结果表明,系统响应时间为53s, 测量灵敏度可达2×10－6 mol/L。     

光纤氢气传感技术的研究进展

分析了光纤氢传感器在氢气浓度探测中显现的特殊优势,综述了目前国内外光纤氢传感技术发展的现状与应用,简述了光纤氢气传感器的工作原理,分别介绍了干涉型光纤氢传感器、微透镜型光纤氢传感器、布拉格光栅型光纤氢传感器、标准具型光纤氢气传感器以及渐逝场型光纤氢传感器的结构、检测原理及性能,展望了光纤氢传感器的广阔应用前景。     

非本征法布里-珀罗光纤氢气传感器的研究

提出了一种基于钯膜的非本征法布里-珀罗光纤氢气传感器的方案.钯在氢气环境中吸收一定量的氢并使其体积膨胀, 而传感器腔长在应力的作用下发生变化.分析了其应力的传递过程,建立了法布里-珀罗腔腔长变化与氢浓度关系的数学模型.通过实验研究了该传感器的氢响应特性,理论模型预测的氢气浓度与实验结果吻合.     

多波长光谱可分割掺铒光纤光源的实验研究

利用反射式光纤Bragg光栅作为光谱分割器件，研制了一种基于掺Er^3 光纤宽谱放大自发辐射（ASE）的多波长光纤光源。在1550nm附近，获得了两个信道的非相干光输出，半高全宽分别为0．23nm、0.45nm，输出光功率均大于1mW,光稳定度0．001dB。     

一种基于表面等离子体共振的多模光纤H2传感器

报道了一种基于表面等离子体共振(SPR)的多模光纤H2敏传感器,是通过化学腐蚀多模光纤使纤芯裸露再镀上Pd-Ag合金膜所构成,并给出了相应的理论分析和实验制作过程。理论分析表明,对于0～4%范围内的H2浓度,兼顾测量范围、灵敏度和响应时间,合金膜厚度选择在20nm附近为宜;实验研究结果显示,用20nm厚的Pd-Ag合金膜和15mm的光纤作用长度,在温度为26℃、相对湿度为60%的条件下,传感器能探测0～4%浓度范围内的H2,响应时间小于50s。     

基于涂覆Pd/WO3膜的长周期光纤光栅氢气传感器设计

氢气浓度的高精度、快速监测在众多领域具有重 要意义。本文提出一种基于涂覆Pd/WO₃膜的长周期光纤光栅氢气浓度传感器。首先研究了 镀Pd/WO₃膜的LPFG对氢气的传感特性,利用光学仿真软件模拟了薄膜折射率在1. 99范围内的传感情况,仿真结果表明当氢气浓 度增加时,Pd/WO₃薄膜折射率降低,LPFG透射谱谐振波长蓝移,谐振波长偏移对Pd/WO₃薄膜 折射率变化的灵敏度为256.9 nm/RIU。为了增强镀膜LPFG氢气传感器 的灵敏度,进一步研究 了包层半径及周期对其谐振波长灵敏度的影响,结果表明LPFG的谐振波长灵敏度随周期Λ的 增大而增加;在相同周期的条件下,包层半径越小,谐振波长的偏移值越大,该研究对开发 高灵敏度可复用的光纤氢气传感器具有重要指导意义。     

光纤倏逝波化学传感器灵敏度特性研究

为了克服传统光纤化学传感器的不足,运用宽光谱分析法设计一种基于倏逝波原理的光纤化学传感器,研究了传感器的几何结构参数,溶液浓度与灵敏度的关系。运用光束传播法(BPM)分析传感器几何结构参数与灵敏度的关系;通过化学腐蚀方法制备出不同参数结构的传感器,并用不同浓度亚甲基蓝溶液对这些传感器进行实验验证。实验结果表明,模拟结果与实验结果相符,溶液浓度越大,传感区纤芯越细、越长,灵敏度越高;文章提出的光纤倏逝波化学传感器在水质检测方面有着潜在的应用。     

双偏振微结构光纤光栅的折射率传感特性分析

研究了微结构光纤(MOF)布拉格光栅(FBG)的双偏振折射率传感特性。利用有限元方法对保偏微结构光纤(PM-MOF)的传输特性进行了分析,计算了传输特性曲线,分析了该种光纤单模传输的范围。同时结合耦合模理论,仿真了该种光纤均匀布拉格光栅在充入不同介质时的反射谱,得到两个偏振模LP0x1和LP0y1的中心波长差与介质折射率的关系曲线,通过特性曲线拟合出相应公式。同时,仿真了该光纤光栅的温度特性,研究结果表明,两个偏振模中心波长对温度响应相似,因此利用双偏振差分的方式来探测,具有较强的抗干扰能力,这一特性为光纤生物传感器的应用提供了理论依据。     

PEI/PMMA共混有机聚合物的成膜性和对硫化氢气体的响应

采用主客掺杂的方法制备PEI/PMMA共混有机聚合 物,并采用旋涂的方法研究了共混有机聚合物的成膜特性,包括薄膜厚度、平整度与旋涂薄 膜转速的关系,测量发现匀胶机 转速越高薄膜厚度越均匀,高速为1500r/min 时薄膜最大厚度差为0.626μm。有机聚合物 薄 膜的紫外透过光谱表明共混有机聚合物所成的薄膜对H₂S气体有良好的响应,当混合液中 含有0.04g的PEI时,紫外透射率由86.81%下 降到55.54%,非常明显。紫外吸收光谱表明 薄膜和低浓度H₂S气体的反应不明显,但是对高浓度的H₂S有响应。通过高温处理与H₂S气体反应后的薄膜,可以增大薄膜的紫外吸收强度。     

改性纳米二氧化钛修饰长周期光纤光栅的折射率传感特性

为进一步提高长周期光纤光栅(LPFG)的折射率灵敏度,制作了改性纳米二氧化钛粒子(TiO2)修饰LPFG的传感器.利用TiO2表面水解后产生的羟基与聚丙烯酸上的羧基结合实现对其表面进行改性,通过共价键结合方式将改性后纳米TiO2粒子固定在光栅表面构成TiO2-LPFG传感器.实验研究了该传感器对折射率和温度响应特性.结...     

Epitaxial Ge layers on Si via GexSi1-xO2 reduction: The roles of the hydrogen partial pressure and the Ge content

The epitaxial growth of an epi-Ge layer via Ge_xSi_1-xO₂ reduction in hydrogen annealing is reported. Ge_xSi+_1-x alloys with x = 0.52 and 0.82 were first grown epitaxially on Si substrates. They were then oxidized in a wet ambient and subsequently annealed in 5% or 100% H₂. The reduction of Ge from its oxide state is observed in both samples with both ambients. However, an epitaxial Ge growth is only observed in the sample with x = 0.82 after the 5% H₂ annealing. The other three cases result in the formation of polycrystalline Ge. The roles of the hydrogen partial pressure and the Ge content are discussed and conditions under which this novel mode of solid-phase epitaxy can occur are explained.