[發明專利]一種基于二階光子帶隙慢光波導的光熱干涉光譜氣體傳感裝置及檢測方法

有效

• 申請號: 202210049935.3
• 申請日: 2022-01-17
• 公開（公告）號: CN114486791B
• 公開（公告）日: 2023-08-08
• 發明（設計）人: 鄭傳濤;皮明權;彭子航;趙煥;宋芳;楊悅;王一丁
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01N21/3504
• 分類號: G01N21/3504;G01N21/359
• 代理公司: 西安研創天下知識產權代理事務所(普通合伙) 61239
• 代理人: 王小慧

1.一種基于二階光子帶隙慢光波導的光熱干涉光譜氣體傳感裝置，其特征在于，包括近紅外激光器、光纖準直器、第一近紅外透鏡、氣室、第一窗口片、基于二階光子帶隙慢光波導的光熱干涉光譜氣體傳感器、第二窗口片、中紅外透鏡、中紅外激光器、第二近紅外透鏡、二次諧波信號提取模塊、溫度控制模塊、電流控制模塊和探針臺；

所述近紅外激光器、光纖準直器、第一近紅外透鏡、第一窗口片依次相連，所述第一窗口片的輸出端與基于二階光子帶隙慢光波導的光熱干涉光譜氣體傳感器的第一端口連接，所述基于二階光子帶隙慢光波導的光熱干涉光譜氣體傳感器的第二端口和第三端口分別與第二窗口片的第一端口和探針臺相連，所述第二窗口片的第二端口和第三端口分別與中紅外透鏡的輸出端和第二近紅外透鏡的輸入端相連，所述第二近紅外透鏡的輸出端與二次諧波信號提取模塊相連；

所述中紅外激光器的輸出端與中紅外透鏡的輸入端相連；

所述基于二階光子帶隙慢光波導的光熱干涉光譜氣體傳感器包括光子晶體波導、馬赫-曾德爾干涉儀、輸入中紅外環形諧振器、中紅外耦合輸入波導、輸出中紅外環形諧振器及中紅外耦合輸出波導，所述光子晶體波導集成在馬赫-曾德爾干涉儀的一個臂上，所述馬赫-曾德爾干涉儀的另一個臂上具有第一金屬電極，所述輸入中紅外環形諧振器上具有第二金屬電極，所述輸出中紅外環形諧振器上具有第三金屬電極；

所述光子晶體波導為懸浮孔狀結構，其襯底為硅，芯層為硅，下包層為空氣，上包層為空氣，支撐層為二氧化硅，可以同時傳輸近紅外探測光和中紅外抽運光，同時在近紅外探測光波段和中紅外抽運光波段產生慢光效應。

2.根據權利要求1所述的一種基于二階光子帶隙慢光波導的光熱干涉光譜氣體傳感裝置，其特征在于，所述二次諧波信號提取模塊包括近紅外探測器、鎖相放大器、數據采集卡和電腦，所述第二近紅外透鏡的輸出端與近紅外探測器的輸入端相連，所述近紅外探測器的輸出端和鎖相放大器的輸入端相連，所述鎖相放大器的輸出端和數據采集卡的第一端口相連，所述數據采集卡的第二端口和電腦相連。

3.根據權利要求2所述的一種基于二階光子帶隙慢光波導的光熱干涉光譜氣體傳感裝置，其特征在于，還包括第一電流控制器、第一溫度控制器、第二電流控制器和第二溫度控制器，所述數據采集卡的第三端口和第四端口分別與第一電流控制器和第二電流控制器的輸入端相連，所述第一電流控制器和第一溫度控制器的輸出端與中紅外激光器的輸入端相連，所述第二電流控制器和第二溫度控制器的輸出端與近紅外激光器的輸入端相連。

4.根據權利要求1所述的一種基于二階光子帶隙慢光波導的光熱干涉光譜氣體傳感裝置，其特征在于，所述輸入中紅外環形諧振器及中紅外耦合輸入波導可以傳輸中紅外抽運光，其襯底為硅，芯層為硅，下包層為二氧化硅，上包層為硫系玻璃。

5.根據權利要求1所述的一種基于二階光子帶隙慢光波導的光熱干涉光譜氣體傳感裝置，其特征在于，所述輸出中紅外環形諧振器及中紅外耦合輸出波導可以傳輸中紅外抽運光，其襯底為硅，芯層為硅，下包層為二氧化硅，上包層為硫系玻璃。

6.根據權利要求1所述的一種基于二階光子帶隙慢光波導的光熱干涉光譜氣體傳感裝置，其特征在于，所述基于二階光子帶隙慢光波導的光熱干涉光譜氣體傳感器對近紅外探測光和中紅外抽運光耦合方式如下：

通過第一近紅外透鏡將近紅外探測光耦合進入馬赫-曾德爾干涉儀的輸入端，通過第二近紅外透鏡將馬赫-曾德爾干涉儀輸出端的近紅外探測光耦合進入近紅外探測器，通過中紅外透鏡將中紅外抽運光耦合進入中紅外耦合輸入波導，中紅外耦合輸出波導將中紅外抽運光直接輸出。