[發(fā)明專(zhuān)利]微小型中紅外光波導(dǎo)氣體傳感器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610040150.4
• 申請(qǐng)日: 2016-01-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105675529B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-10-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王玲芳;楊蘭;孫豹;陳開(kāi)鑫
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01N21/3504
• 分類(lèi)號(hào): G01N21/3504
• 代理公司: 成都宏順專(zhuān)利代理事務(wù)所(普通合伙) 51227
• 代理人: 周永宏;王偉

本發(fā)明公開(kāi)了一種微小型中紅外光波導(dǎo)氣體傳感器，包括氣室、入氣孔、排氣孔、進(jìn)光孔、出光孔以及光波導(dǎo)；入氣孔和排氣孔均設(shè)置于氣室頂端，進(jìn)光孔和出光孔分別設(shè)置于氣室相對(duì)的兩個(gè)側(cè)壁上，光波導(dǎo)包括基底和芯層，基底設(shè)置于氣室底端，芯層設(shè)置于基底上并采用分段式結(jié)構(gòu)，進(jìn)光孔、芯層以及出光孔位于同一直線(xiàn)上。本發(fā)明采用分段式光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，并以硫系玻璃作為光波導(dǎo)芯層材料，性能穩(wěn)定，靈敏度高，體積小，易于集成化、規(guī)模化，抗電磁干擾能力強(qiáng)，具有很強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種微小型中紅外光波導(dǎo)氣體傳感器的設(shè)計(jì)。

背景技術(shù)

隨著我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程的推進(jìn)和人民生活水平的提高，工業(yè)廢氣、汽車(chē)尾氣等的超標(biāo)排放，嚴(yán)重污染了地球的大氣環(huán)境，溫室效應(yīng)、酸雨、臭氧層破壞、灰霾和光化學(xué)煙霧等大氣污染問(wèn)題頻發(fā)，大氣環(huán)境的破壞直接影響著人類(lèi)的生存和發(fā)展，大氣環(huán)境形勢(shì)日趨嚴(yán)峻。因此，對(duì)大氣環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)的具有重大的意義。傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測(cè)方法存在成本高、效率低等問(wèn)題。現(xiàn)階段氣體傳感器檢測(cè)系統(tǒng)過(guò)于龐大，靈敏度相對(duì)不高，不易于集成化，由于光波導(dǎo)本身其具有的高抗電磁干擾、高靈敏度等優(yōu)點(diǎn)，因而是提高氣體傳感器靈敏度，實(shí)現(xiàn)集成化的重要技術(shù)方案。

隨著光學(xué)材料、激光技術(shù)的發(fā)展，光波導(dǎo)技術(shù)的應(yīng)用成本的也會(huì)不斷的降低，光波導(dǎo)技術(shù)將憑借其傳感時(shí)不受外界電磁場(chǎng)的干擾、穩(wěn)定性好、靈敏度高、不受光源光功率波動(dòng)的影響等優(yōu)點(diǎn)，在大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)、室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)有著廣泛應(yīng)用前景。在氣體傳感中，光波導(dǎo)傳感器扮演越來(lái)越重要的角色，其具有普通傳感器無(wú)法比擬的靈敏度高，體積小，抗電磁干擾，便于集成化，規(guī)模化等優(yōu)點(diǎn)。

大多數(shù)氣體分子的特征光譜都集中在中紅外波段，具有比近紅外波段高1～2個(gè)數(shù)量級(jí)的吸收系數(shù)，更易于檢測(cè)。而傳統(tǒng)半導(dǎo)體激光器由于現(xiàn)有材料限制，發(fā)射波長(zhǎng)無(wú)法達(dá)到中紅外波段，然而量子級(jí)聯(lián)激光器(QCL)作為一種新型的紅外相干光源，可實(shí)現(xiàn)3μm到100μm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的任意輸出波長(zhǎng)，其不但可以工作在中、遠(yuǎn)紅外波段，而且具有優(yōu)良的可調(diào)諧性能及窄線(xiàn)寬、高輸出功率密度，掃描速度快等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。因此本發(fā)明采用量子級(jí)聯(lián)激光器作為檢測(cè)光源。基于量子級(jí)聯(lián)激光器的光譜檢測(cè)系統(tǒng)具有靈敏度高，檢測(cè)速度快等優(yōu)點(diǎn)，尤其是對(duì)低濃度氣體的檢測(cè)方面，中紅外量子級(jí)聯(lián)激光器具有傳統(tǒng)光譜檢測(cè)手段無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。

硫系玻璃的柔性結(jié)構(gòu)決定了其具備很好的光敏性，硫系玻璃具有較寬的透射光譜，其透過(guò)范圍覆蓋了近紅外通信波段和中紅外的表征生物特征的指紋吸收區(qū)，寬的光譜范圍使硫系玻璃光波導(dǎo)在中紅外激光傳輸方面具有重大的應(yīng)用價(jià)值，因此本發(fā)明采用硫系玻璃作為波導(dǎo)芯層，高折射率和高非線(xiàn)性特性使硫系玻璃波導(dǎo)對(duì)光場(chǎng)有很好的限域作用，對(duì)提高光學(xué)器件的集成度非常有利。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中氣體傳感器抗電磁干擾度不強(qiáng)，檢測(cè)系統(tǒng)過(guò)于龐大，不利于集成化與批量生產(chǎn)的問(wèn)題，提出了一種微小型中紅外光波導(dǎo)氣體傳感器。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種微小型中紅外光波導(dǎo)氣體傳感器，包括氣室、入氣孔、排氣孔、進(jìn)光孔、出光孔以及光波導(dǎo)；入氣孔和排氣孔均設(shè)置于氣室頂端，進(jìn)光孔和出光孔分別設(shè)置于氣室相對(duì)的兩個(gè)側(cè)壁上，光波導(dǎo)包括基底和芯層，基底設(shè)置于氣室底端，芯層設(shè)置于基底上并采用分段式結(jié)構(gòu)，進(jìn)光孔、芯層以及出光孔位于同一直線(xiàn)上。

優(yōu)選地，基底采用二氧化硅作為材料。

優(yōu)選地，芯層采用硫系玻璃作為材料。

優(yōu)選地，本發(fā)明采用量子級(jí)聯(lián)激光器作為檢測(cè)光源。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明采用分段式光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，并以硫系玻璃作為光波導(dǎo)芯層材料，性能穩(wěn)定，靈敏度高，體積小，易于集成化、規(guī)模化，抗電磁干擾能力強(qiáng)，具有很強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明提供的微小型中紅外光波導(dǎo)氣體傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。