[发明专利]一种基于二阶光子带隙慢光波导的光热干涉光谱气体传感装置及检测方法

权利要求书

1.一种基于二阶光子带隙慢光波导的光热干涉光谱气体传感装置，其特征在于，包括近红外激光器、光纤准直器、第一近红外透镜、气室、第一窗口片、基于二阶光子带隙慢光波导的光热干涉光谱气体传感器、第二窗口片、中红外透镜、中红外激光器、第二近红外透镜、二次谐波信号提取模块、温度控制模块、电流控制模块和探针台；

所述近红外激光器、光纤准直器、第一近红外透镜、第一窗口片依次相连，所述第一窗口片的输出端与基于二阶光子带隙慢光波导的光热干涉光谱气体传感器的第一端口连接，所述基于二阶光子带隙慢光波导的光热干涉光谱气体传感器的第二端口和第三端口分别与第二窗口片的第一端口和探针台相连，所述第二窗口片的第二端口和第三端口分别与中红外透镜的输出端和第二近红外透镜的输入端相连，所述第二近红外透镜的输出端与二次谐波信号提取模块相连；

所述中红外激光器的输出端与中红外透镜的输入端相连；

所述基于二阶光子带隙慢光波导的光热干涉光谱气体传感器包括光子晶体波导、马赫-曾德尔干涉仪、输入中红外环形谐振器、中红外耦合输入波导、输出中红外环形谐振器及中红外耦合输出波导，所述光子晶体波导集成在马赫-曾德尔干涉仪的一个臂上，所述马赫-曾德尔干涉仪的另一个臂上具有第一金属电极，所述输入中红外环形谐振器上具有第二金属电极，所述输出中红外环形谐振器上具有第三金属电极；

所述光子晶体波导为悬浮孔状结构，其衬底为硅，芯层为硅，下包层为空气，上包层为空气，支撑层为二氧化硅，可以同时传输近红外探测光和中红外抽运光，同时在近红外探测光波段和中红外抽运光波段产生慢光效应。

2.根据权利要求1所述的一种基于二阶光子带隙慢光波导的光热干涉光谱气体传感装置，其特征在于，所述二次谐波信号提取模块包括近红外探测器、锁相放大器、数据采集卡和电脑，所述第二近红外透镜的输出端与近红外探测器的输入端相连，所述近红外探测器的输出端和锁相放大器的输入端相连，所述锁相放大器的输出端和数据采集卡的第一端口相连，所述数据采集卡的第二端口和电脑相连。

3.根据权利要求2所述的一种基于二阶光子带隙慢光波导的光热干涉光谱气体传感装置，其特征在于，还包括第一电流控制器、第一温度控制器、第二电流控制器和第二温度控制器，所述数据采集卡的第三端口和第四端口分别与第一电流控制器和第二电流控制器的输入端相连，所述第一电流控制器和第一温度控制器的输出端与中红外激光器的输入端相连，所述第二电流控制器和第二温度控制器的输出端与近红外激光器的输入端相连。

4.根据权利要求1所述的一种基于二阶光子带隙慢光波导的光热干涉光谱气体传感装置，其特征在于，所述输入中红外环形谐振器及中红外耦合输入波导可以传输中红外抽运光，其衬底为硅，芯层为硅，下包层为二氧化硅，上包层为硫系玻璃。

5.根据权利要求1所述的一种基于二阶光子带隙慢光波导的光热干涉光谱气体传感装置，其特征在于，所述输出中红外环形谐振器及中红外耦合输出波导可以传输中红外抽运光，其衬底为硅，芯层为硅，下包层为二氧化硅，上包层为硫系玻璃。

6.根据权利要求1所述的一种基于二阶光子带隙慢光波导的光热干涉光谱气体传感装置，其特征在于，所述基于二阶光子带隙慢光波导的光热干涉光谱气体传感器对近红外探测光和中红外抽运光耦合方式如下：

通过第一近红外透镜将近红外探测光耦合进入马赫-曾德尔干涉仪的输入端，通过第二近红外透镜将马赫-曾德尔干涉仪输出端的近红外探测光耦合进入近红外探测器，通过中红外透镜将中红外抽运光耦合进入中红外耦合输入波导，中红外耦合输出波导将中红外抽运光直接输出。