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原文传递等离子体共振倾斜光纤光栅氢气传感器、检测系统及方法

专利名称：	等离子体共振倾斜光纤光栅氢气传感器、检测系统及方法
摘要：	本发明公开了一种等离子体共振倾斜光纤光栅氢气传感器、检测系统及方法，所述系统包括光源、起偏器、偏振控制器、等离子体共振倾斜光纤光栅氢气传感器、光电探测器、示波器和气体贮存容器，光源、起偏器、偏振控制器、氢气传感器、光电探测器和示波器依次连接，所述氢气传感器在测量氢气时置于气体贮存容器内；氢气传感器包括刻有倾斜光纤光栅的光纤，倾斜光纤光栅的倾斜角度小于或等于45度，所述光纤包层外表面镀有纳米量级的钯膜，通过镀钯膜的倾斜光纤光栅，激发钯膜表面的等离子体共振波，对氢气进行特异性识别，进一步实现氢气静态浓度和动态浓度变化的高精度测量。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	广东;44
申请人：	暨南大学
发明人：	郭团;蔡顺烁
专利状态：	有效
申请日期：	2019-06-03T00:00:00+0800
发布日期：	2019-09-20T00:00:00+0800
申请号：	CN201910475163.8
公开号：	CN110261351A
代理机构：	广州市华学知识产权代理有限公司
代理人：	李君
分类号：	G01N21/552(2014.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	510632 广东省广州市天河区黄埔大道西601号
主权项：	1.一种等离子体共振倾斜光纤光栅氢气传感器，其特征在于，包括刻有倾斜光纤光栅的光纤，所述倾斜光纤光栅的倾斜角度小于或等于45度，所述光纤包层外表面镀有纳米量级的钯膜，通过镀钯膜的倾斜光纤光栅，激发钯膜表面的等离子体共振波，对氢气进行特异性识别以及对氢气的浓度进行测量。 2.根据权利要求1所述的等离子体共振倾斜光纤光栅氢气传感器，其特征在于，所述氢气传感器依次通过光纤载氢预处理、倾斜光纤光栅写制和光纤表面纳米镀膜实现，具体如下：光纤载氢预处理：将高参锗光敏光纤放入充满氢气的容器中，设置温度和压强，在设定时间后使氢分子扩散到高参锗光敏光纤的纤芯中；倾斜光纤光栅写制：紫外入射光经过聚焦透镜聚焦到相位掩膜板上，相位掩模板与载氢后的高参锗光敏光纤平行，紫外入射光通过相位掩模板后照射在高参锗光敏光纤上，然后调节控制相位掩模板和紫外入射光写入角度的角度调节架，形成倾斜角度小于或等于45度的倾斜光纤光栅，并控制写入时间得到高消光比的倾斜光栅；光纤表面纳米镀膜：利用磁控溅射的方法，在倾斜光纤光栅表面均匀的镀上钯膜，在镀膜过程中，高参锗光敏光纤匀速旋转，使钯原子均匀地镀在倾斜光纤光栅表面，并控制钯膜的膜层厚度。 3.根据权利要求2所述的等离子体共振倾斜光纤光栅氢气传感器，其特征在于，所述紫外入射光是由193nm准分子激光器输出能量为3mJ、频率为200 Hz脉冲紫外激光。 4.根据权利要求1-3任一项所述的等离子体共振倾斜光纤光栅氢气传感器，其特征在于，所述倾斜光纤光栅的长度为10-20mm，工作波长为1300-1600nm。 5.根据权利要求1-3任一项所述的等离子体共振倾斜光纤光栅氢气传感器，其特征在于，所述钯膜的膜层厚度小于或等于200nm。 6.一种等离子体共振倾斜光纤光栅氢气检测系统，包括光源、起偏器和偏振控制器，其特征在于，还包括权利要求1-5任一项所述的等离子体共振倾斜光纤光栅氢气传感器、光电探测器、示波器和气体贮存容器，所述光源、起偏器、偏振控制器、氢气传感器、光电探测器和示波器依次连接，所述氢气传感器在测量氢气时置于气体贮存容器内。 7.根据权利要求6所述的等离子体共振倾斜光纤光栅氢气检测系统，其特征在于，所述氢气传感器在测量静态氢气时，所述气体贮存容器为气体密封腔；所述氢气传感器在测量动态氢气时，所述气体贮存容器为气室。 8.根据权利要求6-7任一项所述的等离子体共振倾斜光纤光栅氢气检测系统，其特征在于，所述光源为可调谐激光器，该可调激光器工作波长与倾斜光纤光栅表面的等离子体共振波波长相匹配。 9.一种等离子体共振倾斜光纤光栅氢气检测方法，其特征在于，所述方法基于权利要求6-8任一项所述的系统实现，包括以下步骤：光源输出入射光，入射光经过起偏器后转变成线偏振光，偏振控制器将线偏振光的偏振方向调节成与倾斜光纤光栅侧向写入方向一致，调制好的线偏振光输入至氢气传感器后，激发钯膜表面等离子体共振波，氢气传感器的输出光通过光电探测器，将光信号转换为电信号，由示波器分析电信号；在测量静态氢气时，将氢气传感器置于气体密封腔内，利用气泵注入或抽出气体密封腔内的待测气体，使气体密封腔内的氢气浓度改变，通过测量氢气传感器处包层模的强度变化，并将相应光信号转变为电信号，实现静态氢气浓度的高精度测量；在测量动态氢气时，将氢气传感器置于气室内，通过管道将气室与外界连通，利用流量计向气室内注入待测氢气，使气室内气体浓度改变，通过测量氢气传感器处包层模的强度变化，并将相应光信号转变为电信号，实现动态氢气浓度的高精度测量。 10.根据权利要求9所述的等离子体共振倾斜光纤光栅氢气检测方法，其特征在于，在氢气浓度的测量过程中，光纤纤芯始终对环境折射率不敏感；在氢气浓度的测量过程中可能出现的任何温度变化或光纤抖动均通过纤芯模进行校准。
所属类别：	发明专利