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1、武汉理工大学硕士学位论文 （申请理学硕士学位论文）基基于于光光纤纤F-P 腔腔的的湿湿度度传传感感器器研研究究培培养养 单单位位 ：理：理 学学 院院学学科科 专专业业 ：物物 理理 学学研研 究究生生 ：廖廖 招招 龙龙 指指导导 教教师师 ：田田 旭旭 教授教授2010 年 4 月基于光纤 F-P 腔的湿度传感器研究 廖 招 龙 武汉理工大 学武汉理工大学硕士学位论文 分类号 学校代码 10497 UDC 学号 10497120526 学 位 论 文题 目 基于光纤基于光纤 Fabry-PerotFabry-Perot 腔的湿度传感器研究腔的湿度传感器研究 英 文 The Research
2、 of Humidity Sensor Base on 题 目 Fiber-Optic Fabry-Perot Cavity 研究生姓名 廖廖 招招 龙龙 姓名 田田 旭旭 职称 教教 授授 学位 硕士 单位名称 理学院 邮编 430070申请学位级别 硕士硕士 学科专业名称 物理学物理学 论文提交日期 20092009 年年 4 4 月月 论文答辩日期 20092009 年年 5 5 月月 学位授予单位 武汉理工大学武汉理工大学 学位授予日期 答辩委员会主席 评阅人 2009 年 5 月指导教师独 创 性 声 明本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所
3、知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育 机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签 名： 日 期： 关于论文使用授权的说明本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权 保留、送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部 或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 (保密的论文在解密后应遵守此规定保密的论文在解密后应遵守此规定) )签 名： 导师签名： 日 期： 武汉理工大学硕士学位论文I
4、中文摘要中文摘要对于环境相对湿度的检测在许多地方都是十分有必要的，人们的日常生活和生产活动以及动植物的生长和生存，都与周围环境的湿度息息相关，家电、交通、到医疗、气象、工农业都需要进行湿度测量。武器库易燃易爆物品存储仓库这些地方使用电子式湿度计是十分危险的，而且现今市场上的湿度计大多存在湿度测量精度不高的缺点。光纤 Fabry-Perot（F-P）传感器是基于 F-P 干涉原理制作的光学干涉传感器，传感信号是全光信号，可远距离传输不衰减，可适用与苛刻环境下的测量，光学干涉测量具有分辨率极高的特点有望实现高精度的相对湿度测量。本文基于光纤 F-P 干涉原理在光纤端面镀膜研究开发光纤 F-P 腔湿
5、度传感器。以陶瓷插芯固定光纤端面，以增加薄膜对光纤端面的结合力，在光纤端面镀制银膜/多孔硅膜/银膜，以两层银膜构成一个 F-P 干涉结构，中间的多孔硅薄膜作为湿度敏感原件制作的光纤 F-P 湿度传感探头，并进行湿度测试实验对制作的湿度传感器性能进行验证。针对上述内容本论文主要完成了下述研究工作：（1）光纤 F-P 干涉理论分析分析了多光束干涉理论、高精细度光纤 F-P 腔理论以及低精细度光纤 F-P 干涉的传输损耗特性分析。（2）光纤 F-P 腔的制作高效简单光纤 F-P 腔的制作方法是困扰光纤 F-P 腔传感器走向实用化的主要原因，本文利用磁控溅射在用陶瓷插芯固定的端面镀膜，通过对其制作工艺
6、的研究来提高和完善传感器探头的制作。（3）湿度敏感薄膜特性分析影响传感器探测精度除了 F-P 腔的反射薄膜制备效果之外还有湿度敏感薄膜的制备效果和其特性的影响，本文使用多孔硅薄膜制备的湿度敏感原件得到了很高的湿度响应特性。（4）湿度传感器实验测试设计了光纤 F-P 腔湿度传感器实验测试系统，搭建实验光路测试了传感器对红外宽带光源入射时的光谱响应和单色激光光源入射时的光功率变化，并对测试结果数据进行分析得出湿度传感器的特性。武汉理工大学硕士学位论文II关键词：关键词： 光纤 F-P 腔，湿度传感器，湿度敏感薄膜，多孔硅AbstractIn many place its very necessar
7、y that to detection of relative humidity. In daily life, production activities and the growth and survival of plants and animals, are closely linked with the surrounding environment humidity. household appliances, transportation, medical, meteorology, industrial and agricultural need for humidity me
8、asurement. Arsenal storage warehouse where flammable substances using electronic hygrometer is very dangerous, but most of todays market presence hygrometer humidity has high shortcomings is measurement accuracy. Fiber F-P sensor is based on the principle of F-P interference to produced. All-optical
9、 signal sensing signal can be transmitted without attenuation of long-range, applicable in harsh environment measurement, optical interferometer, high resolution features with high precision is expected to achieve the relative humidity measurement.This paper, based on fiber-optic F-P interference pr
10、inciple in research and development of optical fiber end surface coating F-P cavity humidity sensor. With ceramic ferrule fixed fiber end, in order to increase the film adhesion on the fiber end face. Coated silver film / porous silicon film / silver film on the fiber end face, silver film to form a
11、 two-tier structure of F-P interference in the middle of the porous silicon film as element of moisture-sensitive fiber-optic FP moisture sensor probe, and experiments on the production of the humidity test humidity sensor performance verification. The content of this thesis for the completion of th
12、e following studies:(1)Fiber F-P interference theoryAnalysis of multi-beam interference theory, high-finesse fiber-optic F-P cavity finesse optical theory, and loss characteristic analysis of low-finesse fiber-optic F-P interference.(2) fiber F-P cavity productionSimple and efficient method of makin
13、g optical fiber FP cavity is disturbed optical fiber FP cavity sensor to the main practical, this use of magnetron sputtering with a ceramic ferrule in a fixed reflection coating, through the study of their production process to increase and improve the sensor Probe for.武汉理工大学硕士学位论文III(3) The humidi
14、ty sensitive properties of thin filmsIn addition to the sensor detection precision F-P cavity effect of reflection outside the thin films are moisture-sensitive thin film effect and its characteristics, this use of porous silicon thin films of moisture sensitive components have a high humidity respo
15、nse. (4) Humidity Sensor Experiment testDesign of fiber-optic FP cavity humidity sensor test system, set up experimental testing of the sensor optical broadband light source incident on the infrared spectral response and the time of the incident monochromatic laser light source when the optical power ch
