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专利名称：气体折射率传感元件及传感装置的制作方法
技术领域：
本专利涉及传感器领域，特别是一种中心波长为1300纳米的基于光纤传导和金属光栅激发表面等离子效应的气体折射率传感元件及传感装置。
背景技术：
气体折射率的检测，传统的方法主要采用迈克尔逊干涉法和马赫-泽德干涉仪 法，两种检测方法均存在体积大、不易集成、不能自动检测和远程传输的局限。近年来的研 究表明，金属/介质界面处可激发产生表面等离子体共振(Surface Plasmons Resonance, 简称SPR)，sra对周围环境非常敏感，界面介质折射率的微小变化将引起sra共振峰的偏 移，这使sra在高灵敏度传感器的设计中具有极大的应用价值。基于SPR的传感技术具有 灵敏度高、无需标定、实时检测、非接触、无损伤等突出特点，可用于气体、液体和生物膜等 的分析检测，展示了巨大的应用前景。目前，开发的SI^R传感器主要采用衰减全反射棱镜耦 合法，虽然该方法可以提高检测的灵敏度，但也存在体积大，不易集成的缺陷。如果能够实 现小型化的、具有高灵敏度、可实时检测和远程传输的气体传感元件和传感装置，具有重要 的实用意义。

发明内容
本发明的目的是设计一种将光纤传导与金属光栅激发sra效应相结合的气体折 射率传感装置，该装置充分利用了光纤可远程传输信号的优势和Sra对气体折射率变化高 灵敏度的特点。设计的气体折射率传感元件及装置具有体积小、使用安全、灵敏度高、可实 时检测和远程传输的特点。本发明是一种用于气体折射率检测的传感元件及其装置，其特点在于该装置由激 光器、光纤、检测腔、金属光栅及光谱分析仪构成。从激光器发出的光源耦合进入光纤，并 导入检测腔，由扩束器扩束后经一个光学路径到达金属光栅，在金属光栅表面发生反射，用 耦合器将反射光耦合入光纤，并导入光谱分析仪。光源为中心波长为1300纳米的可调宽谱 半导体激光器，传导光纤为1300纳米的多模光纤，传感元件为银金属光栅，其周期为907纳 米，槽深为20纳米，占宽比为0. 5。本发明的气体折射率传感元件及装置的气体折射率测量 灵敏度可达1300纳米/单位折射率值(Refractive Index Unit，简称RIU)


图1为本发明的气体折射率传感装置的示意图。图中1代表中心波长为1300纳 米的半导体宽谱激光器，2代表中心工作波长为1300纳米的多模光纤，3代表扩束器，4代表 传感元件，5代表光谱分析仪，6代表耦合器，7代表检测腔。图2为本发明气体折射率传感元件的几何结构，本例的传感元件为银金属光栅。 TM偏振的线性偏振平面波以固定角度θ入射到金属光栅表面，在金属光栅表面激发表面 等离子体波，通过检测一定波谱范围内反射波的强度，确定激发的表面等离子体波的波长。
图3为本发明的气体折射率传感元件及传感装置在入射角为θ =25°，光栅周期 为Λ = 907纳米、光栅占空比为q = 0.5、光栅槽深为h = 20纳米，Sra波长随待测气体折 射率的变化曲线。
具体实施例方式图1为本发明的气体折射率传感装置示意图。该装置由激光器、光纤、检测腔、金 属光栅及光谱分析仪构成。从激光器发出的光源耦合进入光纤，并导入检测腔，由扩束器扩 束后经一个光学路径到达金属光栅，在金属光栅表 面发生反射，用耦合器将反射光耦合入 光纤，并导入光谱分析仪。图2为本发明气体折射率传感元件的几何结构，本例的传感元件为银金属光栅。 TM偏振的线性偏振平面波以固定角度θ入射到金属光栅表面，在金属光栅表面激发表面 等离子体波，通过检测一定波谱范围内反射波的强度，确定激发的表面等离子体波的波长。 金属光栅的周期为Λ = 907纳米，光栅槽深为h = 20纳米，占空比为q = 0. 5。如图3所示，入射波长为1298 < λ < 1302纳米，入射角为θ = 25°时，该气体 传感元件及其装置在测量气体折射率为1. 000 < η < 1. 002纳米范围的传感灵敏度为1300 纳米/RIU。
权利要求
一种用于测量气体折射率值的传感元件及其装置，其特征在于该传感装置由激光器、光纤、检测腔、金属光栅及光谱分析仪构成。
2.根据权利要求1所述的气体传感器，其特征在于该传感装置的光源为中心波长为 1300纳米的可调宽谱半导体激光器，传导光纤为1300纳米的多模光纤，传感元件为银金属 光栅，其周期为907纳米，槽深为20纳米，占宽比为0. 5。
全文摘要
一种用于测定气体折射率值的传感元件及其装置，其特征在于该装置由激光器、光纤、检测腔、金属光栅及光谱分析仪构成。从激光器发出的光源耦合进入光纤，并导入检测腔，由扩束器扩束后经一个光学路径到达金属光栅，在金属光栅表面发生反射，用耦合器将反射光耦合入光纤，并导入光谱分析仪。本发明设计的气体传感装置具有测量精度高、使用安全、可实时检测和远程传输，传感部分体积小、可集成、无需供电的特点。
文档编号G01N21/41GK101819143SQ20101017422
公开日2010年9月1日 申请日期2010年5月14日 优先权日2010年5月14日
发明者袁代蓉, 赵华君 申请人:重庆文理学院