[发明专利]基于二维光子晶体的多种气体传感系统及其检测方法

摘要

基于二维光子晶体的多种气体传感系统，包括可调谐光源、二维光子晶体和光功率探测器；在二维光子晶体上设有三个不同的谐振腔；在上述谐振腔上方和下方设置两条平行的光子晶体波导；可调谐光源发出的光波通过光纤导入二维光子晶体导入波导后，耦合进入谐振腔，满足谐振波长的光被耦合进入导出光子晶体波导，再通过光纤导出二维光子晶体；光功率探测器位于光波导出光纤端；检测方法的步骤为：1）光导入光子晶体波导；2）输入光波耦合进入谐振腔；3）谐振波、导出波导与待测气体作用，产生共振吸收；4）输出光功率测量；本发明设计的传感单元简单，体积小巧，性能稳定可靠，探测精度高。本传感器可以同时检测多种气体的浓度。

主权项

1.利用光子晶体多种气体传感系统进行气体检测的方法，其特征在于，包括以下步骤：1）光子晶体传感单元制作，具体做法是：在二维光子晶体上制作三个谐振腔和两条平行的光子晶体波导，淀积二氧化硅—淀积硅—光刻—干法刻蚀—湿法刻蚀步骤完成；二维光子晶体中引入的谐振腔对原有的空间对称性产生微扰,形成不同的微腔，微腔有各自的共振频率，仅允许特定波长的光波可以透过；2）输入光波：通过调谐激光器选定的探测波长为1.65um、1.57um、1.58um，这三个探测波长分别对应着甲烷、二氧化碳和硫化氢气体的吸收波长；3）光波耦合：调谐激光器发出的光波通过输入光纤耦合进入到第一条平行的光子晶体波导后，一部分耦合进入到谐振腔中， 另一部分光波从平行的光子晶体波导中射出，光波进入到谐振腔后形成稳定的模式，同样，谐振腔中的光波将会有一部分耦合进入到第二条空气波导中与输出光纤耦合后输出至光功率探测器；4）输出光功率测量：当测量环境中含有不同浓度甲烷、二氧化碳、硫化氢的混合气体时，谐振腔和输出波导对混合气体中不同浓度的甲烷、二氧化碳、硫化氢气体的共振吸收的大小不同，通过测量输出光波的光功率便可以实现甲烷、二氧化碳、硫化氢气体浓度同时检测。