[发明专利]微小型中红外光波导气体传感器

说明书

本发明公开了一种微小型中红外光波导气体传感器，包括气室、入气孔、排气孔、进光孔、出光孔以及光波导；入气孔和排气孔均设置于气室顶端，进光孔和出光孔分别设置于气室相对的两个侧壁上，光波导包括基底和芯层，基底设置于气室底端，芯层设置于基底上并采用分段式结构，进光孔、芯层以及出光孔位于同一直线上。本发明采用分段式光波导结构，并以硫系玻璃作为光波导芯层材料，性能稳定，灵敏度高，体积小，易于集成化、规模化，抗电磁干扰能力强，具有很强的实际应用价值。

技术领域

本发明属于传感器技术领域，具体涉及一种微小型中红外光波导气体传感器的设计。

背景技术

随着我国工业化进程的推进和人民生活水平的提高，工业废气、汽车尾气等的超标排放，严重污染了地球的大气环境，温室效应、酸雨、臭氧层破坏、灰霾和光化学烟雾等大气污染问题频发，大气环境的破坏直接影响着人类的生存和发展，大气环境形势日趋严峻。因此，对大气环境进行监测的具有重大的意义。传统的环境监测方法存在成本高、效率低等问题。现阶段气体传感器检测系统过于庞大，灵敏度相对不高，不易于集成化，由于光波导本身其具有的高抗电磁干扰、高灵敏度等优点，因而是提高气体传感器灵敏度，实现集成化的重要技术方案。

随着光学材料、激光技术的发展，光波导技术的应用成本的也会不断的降低，光波导技术将凭借其传感时不受外界电磁场的干扰、稳定性好、灵敏度高、不受光源光功率波动的影响等优点，在大气环境监测、室内环境监测有着广泛应用前景。在气体传感中，光波导传感器扮演越来越重要的角色，其具有普通传感器无法比拟的灵敏度高，体积小，抗电磁干扰，便于集成化，规模化等优点。

大多数气体分子的特征光谱都集中在中红外波段，具有比近红外波段高1～2个数量级的吸收系数，更易于检测。而传统半导体激光器由于现有材料限制，发射波长无法达到中红外波段，然而量子级联激光器(QCL)作为一种新型的红外相干光源，可实现3μm到100μm波长范围内的任意输出波长，其不但可以工作在中、远红外波段，而且具有优良的可调谐性能及窄线宽、高输出功率密度，扫描速度快等独特的优点。因此本发明采用量子级联激光器作为检测光源。基于量子级联激光器的光谱检测系统具有灵敏度高，检测速度快等优点，尤其是对低浓度气体的检测方面，中红外量子级联激光器具有传统光谱检测手段无法比拟的优势。

硫系玻璃的柔性结构决定了其具备很好的光敏性，硫系玻璃具有较宽的透射光谱，其透过范围覆盖了近红外通信波段和中红外的表征生物特征的指纹吸收区，宽的光谱范围使硫系玻璃光波导在中红外激光传输方面具有重大的应用价值，因此本发明采用硫系玻璃作为波导芯层，高折射率和高非线性特性使硫系玻璃波导对光场有很好的限域作用，对提高光学器件的集成度非常有利。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中气体传感器抗电磁干扰度不强，检测系统过于庞大，不利于集成化与批量生产的问题，提出了一种微小型中红外光波导气体传感器。

本发明的技术方案为：一种微小型中红外光波导气体传感器，包括气室、入气孔、排气孔、进光孔、出光孔以及光波导；入气孔和排气孔均设置于气室顶端，进光孔和出光孔分别设置于气室相对的两个侧壁上，光波导包括基底和芯层，基底设置于气室底端，芯层设置于基底上并采用分段式结构，进光孔、芯层以及出光孔位于同一直线上。

优选地，基底采用二氧化硅作为材料。

优选地，芯层采用硫系玻璃作为材料。

优选地，本发明采用量子级联激光器作为检测光源。

本发明的有益效果是：本发明采用分段式光波导结构，并以硫系玻璃作为光波导芯层材料，性能稳定，灵敏度高，体积小，易于集成化、规模化，抗电磁干扰能力强，具有很强的实际应用价值。

附图说明

图1为本发明提供的微小型中红外光波导气体传感器结构示意图。