空芯光波导在光谱气敏检测中的应用

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1、第O5卷!第5期!!!!!!!!!!!!光谱学与光谱分析V@=MO5!P@M5!99001,$00BB0.+5年5月!!!!!!!!!!!!&9:3?8@(3@9K>A;&9:3?8>=*A>=K(7(J<=K!0.+5!空芯光波导在光谱气敏检测中的应用李金义+!杜振辉0!王瑞雪0!杨!旭0!宋丽梅+!郭庆华++`天津工业大学天津市电工电能新技术重点实验室!天津!O..O-50`天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室!天津!O...50摘!要!空芯光波导$L2G%用于光谱气体检测中!既可以实现光路的传输!又可以充当气体样品

2、池实现长光程高灵敏度测量!具有体积小!响应时间快#成本低#光路稳定灵活等优点"介绍了基于镀银+碘化银的空芯光波导$*N+*N!$L2G%#光子带隙空芯光波导$#[G$L2G%和基片集成空芯光波导$7L2G%等类型的空芯光波导!并总结了近年来空芯光波导在光谱气敏检测中的研究及进展!梳理了其应用方式及应用领域"研究表明!空芯光波导替代传统的气体池与傅里叶变换红外光谱$TC!U%#激光吸收光谱和拉曼光谱等不同的光谱技术结合已取得一系列成果!且已经应用于环境监测#呼气诊断和工业过程检测和控制等领域"其中!基于中红外激光吸收光谱的空芯

3、光波导传感器组成相对简单!成本较低!与各类光波导的兼容性和环境适应性较强!发展前景较好"总之!随着激光技术#光波导技术和光谱技术的发展!基于空芯光波导的光谱气体检测正在迅速发展!并逐步由实验室走向现场应用"关键词!空芯光波导*傅里叶变换红外光谱*激光吸收光谱*拉曼光谱*气体检测中图分类号#HB15MO!!文献标识码#*!!!HI@#+.MO,BI$eM7((AM+...$.1,O%0.+5&.5$001,$.-进空芯光波导中时在L2G的端面无菲涅尔反射%!无端面引!言反射!光束发散角小!光波导材料无选择性吸收干扰等"空芯光波

4、导用于光谱气体检测中!既可以实现光路的传!!大气环境监测#工业过程监控#生物医学诊断#煤矿安输!又可以充当气体样品池实现长光程高灵敏度测量功能"全预警乃至国家安全等都需要大量的化学气体检测"这些检与传统的多次反射式气体样品池相比!其优势包括以下几个测大都有着比较特殊或严格的要求!如灵敏度高#气体选择(,$++)*方面&$+%体积小!通常为4)量级!响应时间可以更快(+$I)"光谱吸收法因为具有$0%气路和光路同时在其中传输!成本相对较低*$O%空芯光性强#响应速度快和无损检测等上述特点而受到广泛重视"根据朗伯$比尔定律!气体

5、对光的波导的柔韧性使得该类传感器易于小型化!适合于现场应吸收与气体浓度和气体与光作用的距离成正比"因此!光谱用"另外!可实现在近红外和中红外波段的低损耗传输!可法通常与长光程技术相结合从而实现高的检测灵敏度"传统以作为气体样品池用于傅里叶变换红外光谱$TC!U%#可调的气体池$如267?:池#L:887@?池等%需要光学准直!难以在谐激光吸收光谱$C)*&%等光谱测量系统中!实现大气环境现场应用!并且腔体大!气体对流所需时间长!所以响应速监测#呼吸气体诊断等应用"因此国内外越来越多的研究者度也较慢"为了实现体积小#光路稳定的

6、气体腔!近年来对将其用于光谱测量领域"例如!一种光子带隙的空芯光波导(1$-)"用于氯乙烷气体的检测!在+M14)的样品体积内达到了O.空芯光波导的研究愈加深入!并逐步走向实用化空芯光波导$6@==@QQ>R:N<7;:!L2G!也称作空芯光99E的检测水平!响应时间仅为-(!比使用常规的气体池实(+0)"纤%!通常是由高反射率的内壁所包围的中心孔!用于光传现的检测灵敏度提高了O个数量级输的一种波导"相比于传统的固体实心光纤!L2G有以下空芯光波导用于气体传感研究始于0.世纪,.年(+O$+I)!近年来!由于光源和L2G的种

7、类越来越多基于几个优势&传输波段范围宽$.M,!01"4%!可传输高功率的代激光$具有高的激光功率损伤阈值%!相对简单的结构和潜在L2G的气体传感器得到快速发展"本文将对空心光波导在的低成本!低非线性效应!低插入损耗$光从自由空间耦合光谱气敏检测应用的进展予以简要回顾!并对其应用方式和!收稿日期#0.+B$+.$++'修订日期#0.+5$.0$0.!基金项目#国家自然科学基金项目$B+1.1+I0%!国家重大科学仪器设备开发专项$0.+0Dd.B.+B1.+%!天津市自然科学基金项目$+BJ"dPJ".0+..%资助!作者简

8、介#李金义!+,-B年生!天津工业大学天津市电工电能新技术重点实验室讲师!!:$4>7=&=7e7AK7$?e9