專利名稱：氣體折射率傳感元件及傳感裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本專利涉及傳感器領(lǐng)域，特別是一種中心波長(zhǎng)為1300納米的基于光纖傳導(dǎo)和金屬光柵激發(fā)表面等離子效應(yīng)的氣體折射率傳感元件及傳感裝置。
背景技術(shù)：
氣體折射率的檢測(cè)，傳統(tǒng)的方法主要采用邁克爾遜干涉法和馬赫-澤德干涉儀 法，兩種檢測(cè)方法均存在體積大、不易集成、不能自動(dòng)檢測(cè)和遠(yuǎn)程傳輸?shù)木窒?。近年?lái)的研 究表明，金屬/介質(zhì)界面處可激發(fā)產(chǎn)生表面等離子體共振(Surface Plasmons Resonance, 簡(jiǎn)稱SPR)，sra對(duì)周圍環(huán)境非常敏感，界面介質(zhì)折射率的微小變化將引起sra共振峰的偏 移，這使sra在高靈敏度傳感器的設(shè)計(jì)中具有極大的應(yīng)用價(jià)值?；赟PR的傳感技術(shù)具有 靈敏度高、無(wú)需標(biāo)定、實(shí)時(shí)檢測(cè)、非接觸、無(wú)損傷等突出特點(diǎn)，可用于氣體、液體和生物膜等 的分析檢測(cè)，展示了巨大的應(yīng)用前景。目前，開(kāi)發(fā)的SI^R傳感器主要采用衰減全反射棱鏡耦 合法，雖然該方法可以提高檢測(cè)的靈敏度，但也存在體積大，不易集成的缺陷。如果能夠?qū)?現(xiàn)小型化的、具有高靈敏度、可實(shí)時(shí)檢測(cè)和遠(yuǎn)程傳輸?shù)臍怏w傳感元件和傳感裝置，具有重要 的實(shí)用意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種將光纖傳導(dǎo)與金屬光柵激發(fā)sra效應(yīng)相結(jié)合的氣體折 射率傳感裝置，該裝置充分利用了光纖可遠(yuǎn)程傳輸信號(hào)的優(yōu)勢(shì)和Sra對(duì)氣體折射率變化高 靈敏度的特點(diǎn)。設(shè)計(jì)的氣體折射率傳感元件及裝置具有體積小、使用安全、靈敏度高、可實(shí) 時(shí)檢測(cè)和遠(yuǎn)程傳輸?shù)奶攸c(diǎn)。本發(fā)明是一種用于氣體折射率檢測(cè)的傳感元件及其裝置，其特點(diǎn)在于該裝置由激 光器、光纖、檢測(cè)腔、金屬光柵及光譜分析儀構(gòu)成。從激光器發(fā)出的光源耦合進(jìn)入光纖，并 導(dǎo)入檢測(cè)腔，由擴(kuò)束器擴(kuò)束后經(jīng)一個(gè)光學(xué)路徑到達(dá)金屬光柵，在金屬光柵表面發(fā)生反射，用 耦合器將反射光耦合入光纖，并導(dǎo)入光譜分析儀。光源為中心波長(zhǎng)為1300納米的可調(diào)寬譜 半導(dǎo)體激光器，傳導(dǎo)光纖為1300納米的多模光纖，傳感元件為銀金屬光柵，其周期為907納 米，槽深為20納米，占寬比為0. 5。本發(fā)明的氣體折射率傳感元件及裝置的氣體折射率測(cè)量 靈敏度可達(dá)1300納米/單位折射率值(Refractive Index Unit，簡(jiǎn)稱RIU)


圖1為本發(fā)明的氣體折射率傳感裝置的示意圖。圖中1代表中心波長(zhǎng)為1300納 米的半導(dǎo)體寬譜激光器，2代表中心工作波長(zhǎng)為1300納米的多模光纖，3代表擴(kuò)束器，4代表 傳感元件，5代表光譜分析儀，6代表耦合器，7代表檢測(cè)腔。圖2為本發(fā)明氣體折射率傳感元件的幾何結(jié)構(gòu)，本例的傳感元件為銀金屬光柵。 TM偏振的線性偏振平面波以固定角度θ入射到金屬光柵表面，在金屬光柵表面激發(fā)表面 等離子體波，通過(guò)檢測(cè)一定波譜范圍內(nèi)反射波的強(qiáng)度，確定激發(fā)的表面等離子體波的波長(zhǎng)。
圖3為本發(fā)明的氣體折射率傳感元件及傳感裝置在入射角為θ =25°，光柵周期 為Λ = 907納米、光柵占空比為q = 0.5、光柵槽深為h = 20納米，Sra波長(zhǎng)隨待測(cè)氣體折 射率的變化曲線。
具體實(shí)施例方式圖1為本發(fā)明的氣體折射率傳感裝置示意圖。該裝置由激光器、光纖、檢測(cè)腔、金 屬光柵及光譜分析儀構(gòu)成。從激光器發(fā)出的光源耦合進(jìn)入光纖，并導(dǎo)入檢測(cè)腔，由擴(kuò)束器擴(kuò) 束后經(jīng)一個(gè)光學(xué)路徑到達(dá)金屬光柵，在金屬光柵表 面發(fā)生反射，用耦合器將反射光耦合入 光纖，并導(dǎo)入光譜分析儀。圖2為本發(fā)明氣體折射率傳感元件的幾何結(jié)構(gòu)，本例的傳感元件為銀金屬光柵。 TM偏振的線性偏振平面波以固定角度θ入射到金屬光柵表面，在金屬光柵表面激發(fā)表面 等離子體波，通過(guò)檢測(cè)一定波譜范圍內(nèi)反射波的強(qiáng)度，確定激發(fā)的表面等離子體波的波長(zhǎng)。 金屬光柵的周期為Λ = 907納米，光柵槽深為h = 20納米，占空比為q = 0. 5。如圖3所示，入射波長(zhǎng)為1298 < λ < 1302納米，入射角為θ = 25°時(shí)，該氣體 傳感元件及其裝置在測(cè)量氣體折射率為1. 000 < η < 1. 002納米范圍的傳感靈敏度為1300 納米/RIU。
權(quán)利要求
一種用于測(cè)量氣體折射率值的傳感元件及其裝置，其特征在于該傳感裝置由激光器、光纖、檢測(cè)腔、金屬光柵及光譜分析儀構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體傳感器，其特征在于該傳感裝置的光源為中心波長(zhǎng)為 1300納米的可調(diào)寬譜半導(dǎo)體激光器，傳導(dǎo)光纖為1300納米的多模光纖，傳感元件為銀金屬 光柵，其周期為907納米，槽深為20納米，占寬比為0. 5。
全文摘要
一種用于測(cè)定氣體折射率值的傳感元件及其裝置，其特征在于該裝置由激光器、光纖、檢測(cè)腔、金屬光柵及光譜分析儀構(gòu)成。從激光器發(fā)出的光源耦合進(jìn)入光纖，并導(dǎo)入檢測(cè)腔，由擴(kuò)束器擴(kuò)束后經(jīng)一個(gè)光學(xué)路徑到達(dá)金屬光柵，在金屬光柵表面發(fā)生反射，用耦合器將反射光耦合入光纖，并導(dǎo)入光譜分析儀。本發(fā)明設(shè)計(jì)的氣體傳感裝置具有測(cè)量精度高、使用安全、可實(shí)時(shí)檢測(cè)和遠(yuǎn)程傳輸，傳感部分體積小、可集成、無(wú)需供電的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01N21/41GK101819143SQ20101017422
公開(kāi)日2010年9月1日 申請(qǐng)日期2010年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月14日
發(fā)明者袁代蓉, 趙華君 申請(qǐng)人:重慶文理學(xué)院