[发明专利]一种基于石墨烯薄膜的回音壁微球分子气体传感器

权利要求书

1.一种基于石墨烯薄膜的回音壁微球分子气体传感器，其特征在于：包括二氧化硅微球，单层石墨烯和微纳光纤；

所述二氧化硅微球是将光纤的尾端通过光纤熔接机放电制备而成，构成微球回音壁谐振腔，二氧化硅微球的直径400～600微米；以二氧化硅微球球腔与光纤所在直线垂直的最大圆为赤道线，其所在的平面为赤道面，二氧化硅微球被赤道线划分为上半球和下半球两部分，其中与光纤相连的为下半球；

所述单层石墨烯贴附于二氧化硅微球外部的上半球表面，距离赤道线的最小距离为50～100微米，其面积是10⁴～4×10⁴平方微米。

所述微纳光纤与制备二氧化硅微球的光纤相垂直，处于二氧化硅微球球腔的赤道面；用以输入泵浦光和输出传感信号，与二氧化硅微球球腔进行光耦合。

2.如权利要求1所述基于石墨烯薄膜的回音壁微球分子气体传感器，其特征在于：所述二氧化硅微球球腔品质因数不低于7千万。

3.如权利要求1所述基于石墨烯薄膜的回音壁微球分子气体传感器，其特征在于：所述微纳光纤直径为0.6～1微米，损耗为0.05～0.2dB。

4.如权利要求1所述基于石墨烯薄膜的回音壁微球分子气体传感器，其特征在于：所述制备二氧化硅微球的光纤为单模光纤。

5.如权利要求1所述基于石墨烯薄膜的回音壁微球分子气体传感器，其特征在于：所述微纳光纤两端采用普通单模光纤的接头，以接入现有的光纤通信网络。

6.如权利要求1所述基于石墨烯薄膜的回音壁微球分子气体传感器，其特征在于：

工作流程具体如下：

控制微纳光纤与微球腔的距离，使得二者处于欠耦合的状态，微纳光纤传输的泵浦信号在微纳光纤和微球回音壁偕振腔的耦合区域实现耦合，由此泵浦能量从微纳光纤处耦合进二氧化硅微球球腔内；

通过调节泵浦失谐量，基于光学克尔效应和拉曼效应，二氧化硅微球球腔在泵浦激光驱动下产生基于基模的克尔光梳，同时利用其支持多模的特性，产生基于球腔高阶模的拉曼梳；

当外界微量气体分子靠近/贴附传感器时，受单层石墨烯的分子吸附作用，石墨烯的介电常数发生改变，调节高阶模的有效折射率，导致高阶模的自由光谱范围变化，从而导致双梳之间的频率间隔发生改变；

将两个展宽的光梳重叠部分的频率相互拍频产生的信号作为传感信号，形成“拍频变化量-气体分子浓度”对应关系，通过频谱仪进行信号采集，实现气体传感。