【基金标书】2010CB327800-新一代光纤智能传感网与关键器件基础研究.doc

项目名称:
新一代光纤智能传感网与关键器件基础研究
首席科学家:
刘铁根天津大学
起止年限:
2010年1月-2014年8月
依托部门:
教育部天津市科委
一、研究内容
拟解决的关键科学问题包括:
[1] 微结构光纤传感中的物质与光波耦合作用机理
采用在光子晶体光纤中添加激活介质,构建有源光子晶体光纤传感器,探索新的有源光子晶体光纤传感机理,实现多种泵浦方式的有源光子晶体光纤传感;研究分子与光子之间相互作用的微观机理,探索基于光微流体理论的生物化学光纤传感新机理。
[2] 基于光纤非线性光学散射效应融合的本征型连续分布式传感机理
构建长距离连续分布式非线性散射光纤传感网双参量的解耦新机制,研究散射光子信号与光纤的结构、成分以及掺杂之间相互作用的机理,探索光纤拉曼散射、布里渊散射融合机理,实现长距离、高精度、高空间分辨率本征型分布式光纤传感。
[3] 分布式光纤扰动对宽光谱动态干涉效应的传感机理
探索宽光谱光源对动态扰动信号干涉传感的新机理,研究光弹效应的基础理论,研究对扰动信号的线性传感,研究多点同时扰动情况下各扰动源的准确定位,研究动态传感信号和静态、准静态背景信号的隔离,实现大范围内连续扰动信号的实时、真实还原。
[4] 光纤智能传感网优化及其应用理论
研究光纤智能传感网异构拓扑结构,探索智能传感网的实时自诊断、自愈、波段动态分配和评估联动报警,并从传感网络和传感应用对象两个方面探索实用、可靠、稳定的光纤传感网关键技术。
主要研究内容包括:
围绕着拟解决的关键科学问题,根据本项目的研究思路,拟开展三类共六个方面的研究。第一类研究内容涉及微结构光纤传感器件的机理研究,包括光子晶体光纤传感器的结构、工艺及传感机理,生物化学光纤传感器的理论与机理,旨在系统解决新型光纤传感器的制备问题;第二类研究内容涉及光纤连续分布式传感的机理研究,包括光纤拉曼散射效应和布里渊散射效应的融合,光源的调制解调方法,传感信号的时域分析方法,以及基于宽带光源的连续光纤扰动及定位传感,旨在解决长距离、连续分布、多参数、高空间分辨率、高精度传感的机制问题,突破分布式光纤传感的极限瓶颈;第三类研究内容涉及光纤智能传感网及其应用的基本科学问题,包括光纤智能传感网的新型光源、高速解调、
自诊断、自愈、光谱波段的实时动态分配,评估系统联动报警等,以及传感网应用的适用性、可靠性分析等问题,旨在构建新一代光纤智能传感网。
新型光子晶体光纤传感器的基础研究
基于局部表面等离子体共振效应(LSPR)、表面增强拉曼效应(SERS)以及倏逝波的光子晶体光纤传感器新机理研究;利用矩阵传输法分析热压模法成栅机理,建立热压模成栅法光子晶体光纤光栅的数学模型,研究光子晶体光纤的芯径、包层气孔结构、光栅周期、塌缩深度等参数对光子晶体光纤光栅的谐振波长、透射/反射峰深度、色散等传输特性的影响;优化完善光子晶体光纤成栅技术和工艺流程;研究光子晶体光纤空气孔结构在电弧放电条件下的重构特性;建立光子晶体光纤非线性效应模型,研究光子晶体光纤的材料和结构对拉曼散射和布里渊散射的影响。将液晶和金属纳米颗粒分别置入空心光子晶体光纤中心孔和实芯光子晶体光纤包层孔内,研究空气孔掺杂液晶材料和纳米颗粒对光子晶体光纤的作用机理,建立掺入液晶材料和纳米颗粒后的光子晶体光纤传感理论。探索在光子晶体光纤中加激活介质,研究泵浦新方式,实现有源传感。
基于光微流体理论的生物化学光纤传感器的基础研究
研究偏离理想结构的光子晶体光纤的传输特性,探索容错结构设计;研究微流体流速和光子晶体光纤截面形状对分子与光子之间相互作用程度的影响,提出最优化结构;研究光微流体传感中生物分析试剂在微管中管壁的键合机理及多点键合方法;构建以微毛细管为基础的光微流体生物传感器,研究基于光纤光栅的光微流体传感复用理论,进行多通道光微流体生物传感器的信号解调方法探究;建立基于激光谐振腔结构的化学传感器中分子与光波作用的机制模型,研究谐振腔结构对气体传感的影响,研究光谱噪声对气体吸收谱线采集及提取的影响,探索增强传感灵敏度的途径,研究确定性单一气体的快速浓度传感方法,研究混合气体的主动识别方法,探索不同种类气体同时实现浓度传感的检测机制;研究空芯光子晶体光纤高灵敏度气体传感的机理。
基于布里渊效应的光纤传感网基础研究
基于布里渊光纤传感机理,建立布里渊散射信号强度与光纤的结构、成分以及掺杂之间相互作用的机理模型,研制具有强布里渊散射信号的传感光纤;研究序列脉冲在光纤中的传播特性,探讨新型探测脉冲序列码型相关特性及编码方法;研究探测信号光的频率上转换特性、光子计数布里渊信号检测方法、实时频谱分析理论与技术、温度和应力交叉敏感特性及机理;设计基于光纤传感网络的远端数据采集系统,
构建集传感与通信于