[發明專利]一種基于D形光纖石墨烯異質結的等離激元氣體傳感器

有效

• 申請號: 202010596180.X
• 申請日: 2020-06-28
• 公開（公告）號: CN111751330B
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 秦琛燁;姚佰承;安寧;譚騰
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01N21/552
• 分類號: G01N21/552;G01N27/12
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 閆樹平

1.一種基于D形光纖石墨烯異質結的等離激元氣體傳感器，其特征在于：

包括D形光纖、寬帶可調諧激光器、光纖放大器、高能脈沖激光器、電光調制器、2個偏振控制器、參考信號源、探針、穩壓源、1×2型耦合器、2×2型耦合器、分光器、光電探測器、平衡探測器、鎖相放大器和示波器；

所述D形光纖的D形區域覆有金-石墨烯-金的異質結；穩壓源通過兩個探針接入到D形光纖的異質結的兩個金極上為石墨烯兩端提供0-20V的穩定接入電壓，同時，經光電探測器輸出的電信號與連接穩壓源負極的探針相接以構成負反饋回路，旨在精準控制石墨烯兩端的電壓變化以精準選取石墨烯最為敏感的諧振點；

高能脈沖激光器作為泵浦源依次連接第一偏振控制器和電光調制器，再與1×2型耦合器相連后接入到D形光纖的一端；參考電信號源經分光器的輸出端連通電光調制器的電信號端用于對電光調制器的調制；寬帶可調諧激光器依次連接第二偏振控制器和光纖放大器后通過2×2型耦合器的一個輸出端接入D形光纖的另一端；

平衡探測器的輸入由兩路信號構成，分別是1×2型耦合器的耦合端和2×2型耦合器另一輸出端；鎖相放大器的輸入分別接平衡探測器的輸出端和分光器的另一路輸出端，其輸出與示波器相接。

2.如權利要求1所述基于D形光纖石墨烯異質結的等離激元氣體傳感器，其特征在于：

所述寬帶可調諧激光器的波長范圍在1480nm～1640nm，高能脈沖激光器采用1300nm、1380、1450nm、1530nm作為泵浦波長。

3.如權利要求1所述基于D形光纖石墨烯異質結的等離激元氣體傳感器，其特征在于：

所述D形光纖為單模光纖，拋磨深度為120μm，拋磨區域為5mm×120μm的矩形區域，插入損耗＜1dB。

4.如權利要求1所述基于D形光纖石墨烯異質結的等離激元氣體傳感器的使用方法，其特征在于：

調節高能脈沖激光器和寬帶可調諧激光器，對覆有金-石墨烯-金異質結的D形光纖兩端開始同時進行泵浦和信號源的雙向掃描；

調整偏振控制器的角度，使泵浦光和信號源的偏振態都處于TM模式；

將D形光纖置于真空腔中并注入待測氣體分子，調節穩壓源控制探針接入到金極的電壓從0-20V變化以選取石墨烯諧振點位置，在示波器上獲得氣體分子石墨烯結合或釋放對應的信號變化，對微米級到亞納米級的氣體分子進行檢測。