基于石墨烯量子点的光纤法布里珀罗腔湿度传感器的研究

作     者：田文昊 

作者单位：中国石油大学(华东) 

学位级别：硕士

导师姓名：王宁

授予年度：2020年

学科分类：07[理学] 080202[工学-机械电子工程] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 0702[理学-物理学] 

主      题：光纤传感 湿度检测 石墨烯量子点 法布里-珀罗干涉仪 

摘      要：湿度从一个人的衣食住行到国家的工农业生产都扮演着重要的角色。人们很早就意识到了湿度的重要性。随着社会经济的不断发展,农、工、生物等领域对湿度传感器的各方面的性能要求不断变高,这对湿度传感器设计人员来说,既是挑战又是机遇。随后,各种高性能、小型化的湿度检测器相继出现,成为了湿度检测装置的研究趋势。近年来。光纤传感技术作为新型的传感检测技术,因其灵敏度高、响应速度快、抗干扰性强等优点,已经成为了传感器领域的关键技术之一。与此同时,随着材料学科的普及和发展,石墨烯及其衍生物也已经成为了生物学科和传感领域备受关注的新型敏感材料。本论文结合光纤传感器的优势,设计并制作了一种成本低廉、制作简单、高灵敏度的法布里-珀罗干涉仪结构的光纤湿度传感器。本文介绍了光纤法布里-珀罗干涉仪的传感原理,分析了石墨烯量子点的湿敏特性。设计了石墨烯量子点光纤法布里-珀罗腔结构,成功制备了石墨烯量子点光纤法布里-珀罗传感器,搭建了传感器湿度测量系统。利用波长漂移法对传感器进行了湿度测量实验。实验结果证明此光纤传感器可以对外界湿度变化进行高灵敏度的响应,并且稳定性和重复性良好。通过对传感器动态响应的实验研究,得到了传感器湿度响应时间和恢复时间。详细分析了温度响应特性,探讨了干涉仪的腔长和石墨烯量子点材料浓度对干涉光谱的影响,有利于提高传感器的灵敏度参数。基于湿度和温度响应相关实验数据,证明该传感器的湿度响应灵敏度远远大于其温度响应灵敏度,有利于温度和湿度交叉响应的分离。