1 南京邮电大学 电子与光学工程学院
2 电子科学与技术国家级实验教学示范中心, 南京 210023
微光电子机械系统(MOEMS)气体传感技术是光学式气体传感器技术与MOEMS技术、新材料技术相结合的创新型技术方案。MOEMS气体传感器具有更低的价格、更高的集成度、更强的抗干扰能力, 以及更高的测试精度。文章首先阐述了主要的光学气体传感系统的工作原理及系统结构, 随后介绍了MOEMS气体传感技术中最新的微光学器件及微光学系统。通过对MOEMS气体传感器的主要研究成果和进展的综述, 对未来MOEMS气体传感器的研究重点和研究挑战等进行了展望。
Author Affiliations
Abstract
School of Information and Control Engineering, China University of Mining and Technology, Xuzhou 221116, China
A high-sensitive numerical measurement of methane based on the combined use of the localized surface plasmon resonance (LSPR) and Fano resonance in a slotted metal-dielectric-metal (MDM) periodic structure is numerically investigated. A groove is etched in an original MDM structure to excite the diploe mode at both sides of the groove, and the coherent coupling of two dipole modes is enhanced to realize a fast response, which is beneficial to gas-sensing. The influence of geometric parameters on the reflection spectra and methane sensitivity are analyzed to obtain optimal geometry. Moreover, an etching ring is introduced on the top metal to further raise the coupling area and coupling strength. The Fano resonance is subtly integrated into the optimized structure with asymmetry to achieve greater gas sensitivity. After the introduction of the Fano resonance, the field enhancement caused by the LSPR effect becomes greater and the methane sensitivity can reach up to 8.421 nm/% in numerical calculations, which increases 56.8% more than that of the original one. The combined use of the LSPR and Fano resonance in an optimized MDM structure provides an effective method for high-sensitive gas detection.
Localized surface plasmon resonance Fano resonance gas sensors MDM structure Photonic Sensors
2022, 12(2): 164–174
国防科技大学 空天科学学院, 新型陶瓷纤维及其复合材料重点实验室, 长沙 410073
CO作为一种高毒性的气体,既是污染空气的元凶之一,长时间吸入也会对人体造成极大的伤害,甚至致死。如何实现CO的快速监测是传感领域面临的重要挑战。CO监测对保护人类健康和环境来说是一项必要的工作。在该研究中, 多孔CeO2纳米片(CeO2 NSs)通过火焰退火用简单水热法合成的中间产物CeOHCO3纳米片而得到。通过控制火焰退火时间, 可将氧空位引入到CeO2纳米片中。结果表明, 退火2 min得到的CeO2纳米片(CeO2-2min NSs)对CO气体表现出优异的重复性和选择性。尤其是, CeO2-2min NSs在450 ℃对500 μL/L CO的相应/恢复时间极快(2 s/2 s), 在宽范围内(10~10000 μL/L) CO浓度与响应值之间存在良好的函数关系。CeO2-2min NSs优秀的气敏性能可归因于多孔二维结构高的比表面积和晶体内丰富的氧空位。这项工作对设计检测宽范围气体的快响应气体传感器提供了借鉴。
光子学报
2021, 50(10): 1030002
1 中国辐射防护研究院，太原 030006
2 山西大学 激光光谱研究所 量子光学与光量子器件国家重点实验室，太原 030006
3 新乡市第一中学，河南 新乡 453000
4 山西大学 极端光学协同创新中心，太原 030006
为了进一步提高基于泛频振动的石英增强光声光谱测声器探测灵敏度，在一次泛频振动模式下采用一个比商用标准音叉外形尺寸大5倍的定制大音叉，并对其性能进行优化.通过理论和实验研究得出了音叉与激光的最佳作用位置，发现音叉的一次泛频振动有两个波腹点，且在距离音叉根部8 mm处，音叉振臂的振动幅度最大.微型声音谐振腔由三种不同内径的不锈钢毛细管加工而成，与音叉组成共轴配置石英增强光声光谱光谱测声器，用来进一步增强信号幅值.在最佳微型声音谐振腔配置下，获得了30倍的信号增益因子，有效提高了石英增强光声光谱光谱测声器的探测灵敏度.
石英增强光声光谱 音叉式石英晶振 光学气体传感器 传感器优化 泛频振动 Quartz-enhanced photoacoustic spectroscopy Quartz tuning fork Optical gas sensors Sensor optimizing Overtone resonance vibration
Author Affiliations
Abstract
Department of Physics, College of Science, University of Baghdad, Baghdad, Iraq
A simple, low-cost, and home-built electrostatic spray deposition (ESD) system with the stable cone-jet mode was used to deposit nickel oxide (NiO) thin films on glass substrates kept at temperature of 400 ℃ as the primary precursor solution of 0.1 M concentration hydrated nickel chloride was dissolved in isopropyl alcohol. Electrical measurements showed that these films were of n-type conductivity while their resistance response to hydrogen flow in air ambient was varied by 2.81% with the rise and recovery time of 48 s and 40 s, respectively.
Gas sensors electrostatic spray deposition nickel oxide thin films Photonic Sensors
2015, 5(3): 235
对基于微纳光纤倏逝场效应气体传感器的研究进展进行了综述，同时也阐述了其原理及面临的问题。着重介绍了3 种微纳光纤气体传感器，包括直接基于微纳光纤倏逝场效应气体传感器、微纳光纤表面涂覆敏感薄膜的气体传感器和微纳光纤与其他光学微结构相结合的气体传感器。虽然，这些研究取得了一些成果，但还面临诸多问题和挑战。相信随着研究的不断深入，基于微纳光纤倏逝场效应气体传感器仍有可能凭借其独特的性能优势成为现存气体传感器的有力竞争者。
光纤光学 微纳光纤 气体传感器 倏逝场 有效穿透深度 激光与光电子学进展
2015, 52(10): 100003
1 量子光学与光量子器件国家重点实验室,山西大学激光光谱研究所, 山西 太原 030006
2 浙江师范大学信息光学研究所, 浙江 金华 321004
基于石英增强光声光谱技术,以中心波长为2.0 μm的窄线宽分布反馈式半导体激光器(DFB)为激励光源,采用波长调制及二次谐波解调技术通过改变激光器工作电流实现波长扫描完成了痕量CO2气体检测系统,并通过优化实验参数确定了常压下激光最佳调制深度,实现了高灵敏CO2浓度的检测.通过改变待测气体中的水汽浓度,研究了水汽对CO2气体探测结果的影响,结果显示在水汽浓度低于0.2%范围内,CO2气体光声信号随H2O浓度的上升而明显增强,当浓度高于此值后,H2O浓度的增加对CO2光声信号的增强作用几乎维持不变.数据显示,常温常压下H2O分子通过提高分子弛豫率最多可将二氧化碳R16吸收线的光声信号幅值提高约2.1倍.优化后的装置可以很好的实现大气中CO2浓度的检测.该装置获得的最小探测灵敏度为19 ppm(1σ,300 ms积分时间),相应的归一化噪声等效吸收系数为4.71×10-9 cm-1·W·Hz-1/2.
石英增强光声光谱 2.0 μm分布反馈激光器 气体传感器 分子弛豫率 Quartz-enhanced photoacoustic spectroscopy 2.0 μm distributed feedback semiconductor laser Gas sensors Molecular relaxation rate 光谱学与光谱分析
2015, 35(8): 2078
天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室, 天津 300072
含硫化合物是主要恶臭物质之一,为了实现污染源中含硫化合物排放的连续监测,研制了中红外激光气体传 感器。该传感器采用中红外分布反馈结构的带间级联激光器(DFB-ICL)为光源,工作波长在3.3 μm附近,以空 芯光波导(芯径1000 μm、长度5 m)做气体池,采用自制多通道数字锁相放大器,同时解调1f和2f 谐波信号,通过1f归一化实现免校准测量。使用不同波长激光器可以检测甲硫醇、甲硫醚、二甲基硫醚、硫化氢等硫系恶臭气体。
激光气体传感器 带间级联激光器 空芯光波导 恶臭物质 含硫有机物 甲硫醇 甲硫醚 二甲基硫醚 laser based gas sensors interband cascade laser hollow silica waveguide odorous compounds sulfocompounds methyl mercaptan dimethyl sulfide dimethyl disulfide 大气与环境光学学报
2015, 10(2): 165
