空芯光波导(HWG)用于光谱气体检测中, 既可以实现光路的传输, 又可以充当气体样品池实现长光程高灵敏度测量, 具有体积小, 响应时间快、 成本低、 光路稳定灵活等优点。 介绍了基于镀银/碘化银的空芯光波导(Ag/AgI-HWG)、 光子带隙空芯光波导(PBG-HWG)和基片集成空芯光波导(iHWG)等类型的空芯光波导, 并总结了近年来空芯光波导在光谱气敏检测中的研究及进展, 梳理了其应用方式及应用领域。 研究表明, 空芯光波导替代传统的气体池与傅里叶变换红外光谱(FTIR)、 激光吸收光谱和拉曼光谱等不同的光谱技术结合已取得一系列成果, 且已经应用于环境监测、 呼气诊断和工业过程检测和控制等领域。 其中, 基于中红外激光吸收光谱的空芯光波导传感器组成相对简单, 成本较低, 与各类光波导的兼容性和环境适应性较强, 发展前景较好。 总之, 随着激光技术、 光波导技术和光谱技术的发展, 基于空芯光波导的光谱气体检测正在迅速发展, 并逐步由实验室走向现场应用。

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。

波导式光学吸收池在气体浓度测量等领域有广泛的应用前景。本文理论分析了在普通扩散环境和压差环境下波导式光学吸收池的时间响应机理和特性，并搭建了相应的传感系统，优化系统结构进行了实验验证。通过对低浓度的甲烷和甲苯气体的测量实验，验证和修正了响应时间的理论模型。实验结果表明，优化系统在可以大幅降低响应时间的同时，保持较高的灵敏度，为波导式吸收池的设计与优化提供了重要的参考。