1 武汉理工大学 光纤传感技术与网络国家工程研究中心，武汉 430070
2 武汉理工大学 材料科学与工程学院，武汉 430070
3 武汉理工大学 信息工程学院，武汉 430070
4 武汉理工大学 理学院，武汉 430070
设计基于钽基氢气传感薄膜的新型光纤氢气传感系统，采用本征具有3~4 nm平坦区域的放大自发辐射光源作为传感光源，利用相位掩模法在单模光纤中刻写中心波长位于光源平坦区域的高反射率光栅，采用磁控溅射方法在单模光纤端面沉积40 nm Ta0.88Pd0.12~10 nm Pd~6 nm Pt~40 nm PTFE多层纳米复合薄膜制备微反射镜型氢气传感探头。高反射光栅的反射峰强度（I1）几乎不受氢气传感薄膜反射率影响，其峰值作为参考信号；高反射光栅附近的背底强度（I2）受氢气传感薄膜反射率影响，其强度作为传感信号。通过高反射光栅的反射峰强度（I1）与背底光强度（I2）的比值监测氢气浓度，可以大幅提升系统信噪比。利用氮气作为载气对传感探头进行氢敏性能测试，实验结果表明传感探头具有较好的重复性和稳定性，并且在低浓度氢气下传感探头灵敏度较好。该传感探头具有在无氧环境下监测氢气浓度的潜力。
光纤传感 氢气监测 TaPd复合膜 无氧环境 磁控溅射 Fiber optic sensor Hydrogen monitoring TaPd composite film Anaerobic environment Magnetron sputtering
Author Affiliations
Abstract
National Engineering Laboratory for Optical Fiber Sensing Technologies, Wuhan University of Technology, Wuhan, 430070, China
Hydrogen is one of the next generation energies in the future, which shows promising applications in aerospace and chemical industries. Hydrogen leakage monitoring is very dangerous and important because of its low ignition energy, high combustion efficiency, and smallest molecule. This paper reviews the state-of-art development of the fiber optic hydrogen sensing technology. The main developing trends of fiber optic hydrogen sensors are based on two kinds of hydrogen sensitive materials, i.e. palladium-alloy thin films and Pt-doped WO3 coatings. In this review work, the advantages and disadvantages of these two kinds of sensing technologies will be evaluated.
Optical fiber sensors hydrogen sensing thin films coatings Photonic Sensors
2014, 4(4): 300–324
Author Affiliations
Abstract
National Engineering Laboratory for Optical Fiber Sensing Technologies, Wuhan University of Technology, Wuhan, 430070, China
The combination of fiber optics with nano-structure technologies and sensitive thin films offers great potential for the realization of novel sensor concepts. Miniatured optical fiber sensors with thin films as sensitive elements could open new fields for optical fiber sensor applications. Thin films work as sensitive elements and transducer to get response and feedback from environments, in which optical fibers are employed to work as signal carrier. This article presents some research work conducted at the National Engineering Laboratory for Optical Fiber Sensing Technologies in recent years. Concrete examples are: Pd/WO3 co-sputtered coating as sensing material for optical hydrogen sensors shows robust mechanical stability and meanwhile good sensing performance; TbDyFe magnetostrictive coating directly deposited on fiber Bragg grating (FBG) demonstrates its possibility of miniature optical magnetic field/current sensors, and 40-pm shift of the FBG wavelength happens at a magnetic field order of 50mT.
Fiber Bragg grating sensitive thin film magnetron sputtering Photonic Sensors
2012, 2(1): 14
武汉理工大学光纤传感国家工程实验室， 湖北 武汉 430070
建立了一种侧边抛磨光子晶体光纤(SP-PCF)的光学模型，通过数值仿真和实验研究了这种侧边抛磨光子晶体光纤在不同抛磨厚度和不同环境介质折射率条件下的光学特性。实验结果表明，存在一个抛磨敏感区域，当抛磨深度在敏感区域内变化时，光子晶体光纤(PCF)的基模有效折射率随着环境介质折射率的改变而发生明显变化。这种侧边抛磨光子晶体光纤可以作为一种环境折射率敏感的传感器，有望在微型生物或化学传感方面得到应用。
传感器 光学特性 时域有限差分法 光子晶体光纤 抛磨深度 中国激光
2011, 38(s1): s105008
1 武汉理工大学光纤传感技术研究中心， 湖北 武汉 430070
2 武汉理工大学理学院， 湖北 武汉 430070
研究介绍了一种基于表面等离子体共振(SPR)原理，对氢气浓度变化有较高灵敏度的基于银/钯复合膜的光纤氢气传感器。通过对建立侧边抛磨“D”型光纤的光学模型用Mode-Sloutions软件进行数值仿真，结果表明侧边抛磨光纤SPR模式的有效折射率随感应区的折射率增加而增加，随包层材料的厚度增加而减小。实验结果表明，感应区氢气体积分数为4%时，光纤输出的透射功率变化可达130 nW。这种Pd/Ag复合膜光纤SPR氢敏传感器不仅改善了氢敏传感器的敏感膜的稳定性，而且灵敏度也提高了，对于制备新型、优化的化学和生物传感器件有参考意义。
传感器 表面等离子体共振 金属包层 磁控溅射 中国激光
2011, 38(12): 1205005
武汉理工大学光纤传感受技术与信息处理教育部重点实验实, 湖北 武汉 430070
提出了一种新型光纤氢气传感器的制作方法。将光纤的包层侧边部分抛磨成“D”形状，用磁控溅射法在表面镀上钯(Pd)和Pd/WO3氢气敏感薄膜，制作出了倏逝场型光纤氢气传感器。实验结果表明，镀有Pd/WO3复合膜的传感器具有较好的线性关系和可重复性，单模光纤比多模光纤稳定性好。
光纤光学 光纤氢气传感器 倏逝场 抛磨 磁控溅射
