一种基于导模共振原理的有机气体检测装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种光学检测装置，特别涉及一种基于导模共振效应有机气体检测装置。
【背景技术】
[0002]近年来，空气污染比较严重，如何对气体进行快速便捷的检测成为时下的热门研究。有机气体大多为可燃气体，用化学方法检测操作麻烦，并且存在一定的危险性。光学检测方法利用物质的光谱特性或物理光学特性进行测量，具有检测速度快、灵敏度高等优点，且在操作过程中不需要使用试剂，对环境污染小、测试精度高。例如，在先技术中，利用光学检测气体的装置(参见中国发明专利“光学气体检测装置”，专利申请号:200710005194.4)，此装置方法是利用光源发出的紫外线照射被检气体，通过检测出气体的吸收率用以测量气体的浓度，具有相当的优点，但是仍然存在一些本质不足，主要是不能检测出气体的频率波长特征，只能对同一种气体的浓度进行检测。
【发明内容】
[0003]1.发明目的:
[0004]为了克服在先技术的不足，本发明提供一种基于导模共振原理的有机气体检测装置，利用导模共振器件对不同有机气体折射率光谱响应的差异实现不同有机气体的检测。
[0005]2.技术方案:
[0006]本发明公开的有机气体检测装置基于导模共振效应，在三层抗反射滤光片上面构建一个微型气体腔，厚度在微米数量级，制成一种新型的气体检测装置。该装置分光光栅光谱分辨率高，因此当两种有机气体的折射率相差不大时，仍能分辨出两种气体的共振峰值的变化。
[0007]本发明的技术方案为:一种基于导模共振效应的有机气体检测装置，包括光源、偏振片、微型气体腔、导模共振滤光器、分光光栅、电荷親合元件(CXD)，所述微型气体腔设在导模共振滤光器的上表面上，光源产生的光经过偏振片后，自上而下垂直入射到设有微型气体腔的导模共振滤光器上，光经过该结构，从导模共振滤光器底部出射后经光栅分光的光谱被电荷耦合元件(CCD)接收。所述微型气体腔通过微型导管与外界联通，方便注入不同的有机气体。
[0008]所述装置利用导模共振滤光器对不同有机气体折射率光谱响应的差异实现不同有机气体的检测。
[0009]所述导模共振滤光器为具有波导层、光栅层和基底层结构的导模共振滤光器。
[0010]所述微型气体腔厚度为微米数量级。
[0011]3.有益效果:
[0012]现有技术相比，该装置基于导模共振效应，当气体腔通入不同的有机气体时，由于气体折射率的变化，从器件底部出射后经光栅分光的光谱被电荷耦合元件(CCD)接收，从而得出不同气体和共振峰位置的关系。本发明操作简单，检测精准，已于实现微型化。
【附图说明】
[0013]图1是设有微型气体腔的导模共振滤光器结构图。图中数字标注I为顶部玻璃层、2为微型气体腔、3为光栅层、4为二氧化铪波导层、5为五氧化二铌波导层、6为玻璃基底层。
[0014]图2是该本发明的检测装置图。图中数字标注7为光源、8为偏振片、9为具有微型气体腔的导模共振滤光器、10为分光光栅、11为电荷親合元件(CCD)。
[0015]图3是不同气体的光谱响应曲线。
【具体实施方式】
[0016]下面结合实施实例和附图对本发明作进一步说明。
[0017]一种基于导模共振效应的有机气体检测装置，如图2所示，包括光源7、偏振片8、设有微型气体腔的导模共振滤光器9、分光光栅10、电荷親合元件((XD) 11，所述微型气体腔构建在导模共振滤光器的上表面上，所述微型气体腔厚度为微米数量级，所述微型气体腔通过微型导管与外界联通，方便注入不同的有机气体。光源7产生的光经过偏振片8后，自上而下垂直入射到设有微型气体腔的导模共振滤光器9上，光经过该结构，从导模共振滤光器底部出射后经光栅分光10的光谱被电荷耦合元件(CCD) 11接收，记录着不同气体对应的共振峰位置，实现有机气体的检测。
[0018]图1为设有微型气体腔的导模共振滤光器结构图，该检测装置由顶部玻璃层1、微型气体腔2、导模共振滤光器(包含光栅层3、二氧化铪波导层4、五氧化二铌波导层5、基底层6)组成。
[0019]在本发明实验了七种有机气体，分别为:丙烷，一氯甲烷，乙烯，甲醛，正丁烯，环戊烷，氯甲烷。依次通入不同的气体至检测装置的微型气体腔2中，光经过该结构，从导模共振滤光器9底部出射后经光栅分光的光谱被电荷耦合元件(CCD)Il接收记录不同气体的共振峰位置数据，结果如图3所示，分析各气体的共振峰位置数据可以看出，随着有机气体折射率的升高，共振峰的位置也在不断地的向右移动，同时反射效率在下降。通过分析看出折射率和共振峰值波长之间大致存在线性关系，所以利用该装置可以准确的检测出不同的有机气体。
[0020]本发明提供一种基于导模共振效应的有机气体检测装置，特别是在测量折射率变化微小的气体时，能够得到更为精确的数值，操作方便，检测简单，且易于实现微型化。
[0021]以上所述实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、改进及替代，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【主权项】
1.一种基于导模共振效应的有机气体检测装置，包括光源、偏振片、微型气体腔、导模共振滤光器、分光光栅、电荷耦合元件(CXD)，所述微型气体腔设在导模共振滤光器的上表面上，所述微型气体腔通过微型导管与外界联通，光源产生的光经过偏振片后，自上而下垂直入射到设有微型气体腔的导模共振滤光器上，从导模共振滤光器底部出射后经光栅分光的光谱被电荷耦合元件(CCD)接收。2.如权利要求1所述的一种基于导模共振效应的有机气体检测装置，其特征在于所述导模共振滤光器为具有波导层、光栅层和基底层结构的导模共振滤光器。3.如权利要求1所述的一种基于导模共振效应的有机气体检测装置，其特征在于所述微型气体腔厚度为微米数量级。
【专利摘要】本发明公开了一种基于导模共振效应的有机气体检测装置，利用微型气体腔和导模共振滤光器结合进行有机气体的检测，包括光源、偏振片、微型气体腔、导模共振滤光器、分光光栅、电荷耦合元件(CCD)，所述微型气体腔设在导模共振滤光器的上表面上，光源产生的光经过偏振片后，自上而下垂直入射到设有微型气体腔的导模共振滤光器上，从导模共振滤光器底部出射后经光栅分光的光谱被电荷耦合元件(CCD)接收，实现有机气体的检测。本发明结构简单，能准确的区分折射率差别微小的有机气体，益于实现微型化。
【IPC分类】G01N21/41
【公开号】CN105651730
【申请号】
【发明人】王 琦, 郭亮, 刘琪, 张大伟, 戴博, 黄元申
【申请人】上海理工大学
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2016年3月14日