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基于硫系悬吊芯光纤的中红外气体传感器研究
作者: irglass 时间: 2019-10-11 浏览:2,181 次

       近日,我室硕士生王磊磊(第一作者)和张培晴副研究员(通讯作者)在JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY期刊上发表了题为“Mid-Infrared Gas Detection Using a Chalcogenide Suspended-Core Fiber”的论文。(JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY. 2019,37(20),5193-5198;DOI: 10.1109/JLT.2019.2930066)

       在工业过程控制和环境安全监控中,准确识别气体种类并有效监控其浓度至关重要。例如,实时监控煤矿环境中易燃气体或爆炸性气体的浓度,以确保工人的安全。基于光学吸收的光纤传感器因其固有的特性(例如高灵敏度,精确的气体种类识别和抗电磁干扰)而成为一种可靠,实时气体检测转置。以往气体光纤传感器研究中,实用方面存在俩个方面的问题:一,受限于石英光纤的工作波长,对气体的检测大部分都是基于对气体分子的泛频和合频吸收谱线进行检测,该位置的吸收强度比较低,从而导致了传感器灵敏度较低;二,气体浓度检测实时性比较差。在我们的研究中,选用了硫系悬吊芯光纤作为我们传感器的基体;它能够准确的检测到气体特征吸收线(3-10μm),并且还能够极大的增大光与气体物质相互接触面积;从而实现光纤传感器对气体高灵敏度的检测。为了实现光纤传感器对气体浓度实时响应,我们采用飞秒激光技术对该光纤侧面进行精密加工,制备了长度为5cm的点阵列。我们选用甲烷气体作为指示气体,来对我们的气体传感器进行性能检测。经多次试验,发现该传感的灵敏度达到了100ppm,其响应时间小于20s。该研究对中红外气体的快速检测具有积极的意义。

图1:四芯硫系悬吊芯光纤

图2:飞秒激光加工悬吊芯光纤侧面的SEM图

图3:甲烷气体检测