一种基于超薄二维半导体材料涂敷石英音叉的气体传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于超薄二维半导体涂敷石英音叉的吸收光谱气体传感器，其特征在于，包括可调谐激光器(1)、光纤准直器(2)、气体池(3)、CaF

【技术实现步骤摘要】
一种基于超薄二维半导体材料涂敷石英音叉的气体传感器
本专利技术涉及激光光谱
，尤其涉及一种基于超薄二维半导体材料涂敷石英音叉的气体传感器。
技术介绍
目前GaN、Silicon、InGaAs、PbS、InAsSb、HgCdTe、以及量子阱红外(IR)光电探测器具有良好的性能，但它们有的成本高昂且需要低温操作，难以直接集成到各种光电子平台中。此外，受到可调的直接带隙的限制，中红外MCT探测器通常被限定在窄的波长范围内。因此，仍然需要研究新型的光电探测器，以便集成和有效地检测。因此，基于石英音叉(QCTF)的新型探测器被提出来，用来替代上述传统探测器，并将其应用于应用于吸收光谱气体传感技术中，无需冷却，但是响应度和灵敏度还有待提高然。
技术实现思路
基于
技术介绍
存在的技术问题，本专利技术提出了一种基于超薄二维半导体材料涂敷石英音叉的气体传感器，本专利技术采用的二维材料具有超薄的结构，比表面积极大，电荷迁移率高的特点，在QCTF表面加Fe-CoO薄膜可以有效提高光的吸收，增加QCTF的热变形，提高探测器对光的响应。本专利技术采用的技术方案是：一种基于超薄二维半导体材料涂敷石英音叉的气体传感器，其特征在于，包括可调谐激光器、光纤准直器、气体池、CaF2透镜、石英音叉、低噪声前置放大器、数据采集系统、计算机、双通道DAQ；所述可调谐激光器的激光发射光路上依次设置有光纤准直器、气体池，所述气体池的两端分别设有光入射口、光出射口，所述气体池的光出射口侧依次设有CaF2透镜、石英音叉，所述石英音叉与所述低噪声前置放大器电性连接，所述低噪声前置放大器的信号输出端与所述数据采集系统的信号输入端电性连接，所述数据采集系统的信号输出端分别与计算机、双通道DAQ连接，所述双通道DAQ与所述可调谐激光器的控制端口连接；所述石英音叉的外表面涂有光电转换薄膜涂层，所述光电转换薄膜涂层由异质原子掺杂具有良好光电特性的半导体材料制备而成。进一步地，所述的一种基于超薄二维半导体材料涂敷石英音叉的气体传感器，其特征在于，所述可调谐激光器采用二极管激光器，其激光强度在所述石英音叉的谐振频率附近进行调制。进一步地，所述的一种基于超薄二维半导体材料涂敷石英音叉的气体传感器，其特征在于，从所述气体池出射的光束通过CaF2透镜聚焦于石英音叉的表面。进一步地，所述的一种基于超薄二维半导体材料涂敷石英音叉的气体传感器，其特征在于，所述数据采集系统通过内置的Labview软件对接收到的信号进行存储和处理。进一步地，所述的一种基于超薄二维半导体材料涂敷石英音叉的气体传感器，其特征在于，所述双通道DAQ生成的三角波和正弦波叠加后输入到可调谐激光器的激光驱动器中。进一步地，所述的一种基于超薄二维半导体材料涂敷石英音叉的气体传感器，其特征在于，所述气体池是单通池、多程池或者谐振腔。进一步地，所述的一种基于超薄二维半导体材料涂敷石英音叉的气体传感器，其特征在于，所述气体池选用长度为20厘米的单通池。进一步地，所述的一种基于超薄二维半导体材料涂敷石英音叉的气体传感器，其特征在于，所述气体池还连接有压力控制器和真空泵，所述压力控制器和真空泵可制备出不同配比的CH4和空气混合物作为气体池中的目标气体。进一步地，所述的一种基于超薄二维半导体材料涂敷石英音叉的气体传感器，其特征在于，所述CaF2透镜的直径为25mm，f＝50mm。进一步地，所述的一种基于超薄二维半导体材料涂敷石英音叉的气体传感器，其特征在于，所述低噪声前置放大电路采用互阻抗的10MΩ反馈电阻器为放大器。进一步地，所述的一种基于超薄二维半导体材料涂敷石英音叉的气体传感器，其特征在于，所述光电转换薄膜涂层中，异质原子采用Fe，半导体材料采用CoO，构成Fe-CoO薄膜涂层，其中半导体材料也可以采用SnSe。进一步地，所述的一种基于超薄二维半导体材料涂敷石英音叉的气体传感器，其特征在于，所述Fe-CoO薄膜涂层为超薄二维半导体材料薄膜涂层，所述Fe-CoO薄膜涂层的厚度为1微米到几百微米。采用上述技术方案后，本专利技术技术的有益效果是：1、本专利技术提出了一种低成本、结构简单的波长调制光谱(WMS)气体传感器，并以甲烷(CH4)气体为目标气，验证了2DFe-CoO涂层QCTF用于光电探测的可行性；2、本专利技术的气体传感器具有良好的灵活性、化学稳定性和较低成本的优点。附图说明图1是本专利技术的结构示意图；图中：1-可调谐激光器，2-光纤准直器，3-气体池，4-CaF2透镜，5-石英音叉，6-低噪声前置放大电路，7-数据采集系统，8-计算机，9-双通道DAQ，10-压力控制器和真空泵；图2是测量到的环境空气中的QCTF谐振曲线及其拟合结果。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。实施例1。本实施例以Fe-CoO薄膜涂层为例。如图1所示，一种基于超薄二维半导体材料涂敷石英音叉的气体传感器，包括可调谐激光器1、光纤准直器2、气体池3、CaF2透镜4、石英音叉5、低噪声前置放大器6、数据采集系统7、计算机8、双通道DAQ9；可调谐激光器1的激光发射光路上依次设置有光纤准直器2、气体池3，气体池3的两端分别设有光入射口、光出射口，气体池3的光出射口侧依次设有CaF2透镜4、石英音叉5，石英音叉5与低噪声前置放大器6电性连接，低噪声前置放大器6的信号输出端与数据采集系统7的信号输入端电性连接，数据采集系统7的信号输出端分别与计算机8、双通道DAQ9连接，双通道DAQ9与可调谐激光器1的控制端口连接；石英音叉5的外表面涂有Fe-CoO薄膜涂层，Fe-CoO薄膜涂层由铁掺杂氧化钴制备而成。Fe-CoO薄膜涂层为超薄二维半导体材料薄膜涂层，Fe-CoO薄膜涂层的厚度为1微米到几百微米。进一步地，可调谐激光器1采用二极管激光器，其激光强度在石英音叉5的谐振频率附近进行调制；气体池3选用长度为20厘米的单通池，气体池3还连接有压力控制器和真空泵10，压力控制器和真空泵10可制备出不同配比的CH4和空气混合物作为气体池3中的目标气体；从气体池3出射的光束通过CaF2透镜4聚焦于石英音叉5的表面，CaF2透镜4的直径为25mm，f＝50mm；低噪声前置放大电路6采用互阻抗的10MΩ反馈电阻器为放大器；数据采集系统7通过内置的Labview软件对接收到的信号进行存储和处理；双通道DAQ9生成的三角波和正弦波叠加后输入到可调谐激光器1的激光驱动器中。本专利技术的工作流程及原理是：如图1所示，本专利技术中，采用在目标气体的光谱范围内是连续可调的可调谐激光器1作为光源，激光强度在石英音叉5的谐振频率附近进行调制；双通道DAQ9生成的三角波和正弦波叠加后输入到可调谐激光器1的激光驱动器中，提供用于扫描激光波长和调制激光强度的驱动信号；发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于超薄二维半导体材料涂敷石英音叉的气体传感器，其特征在于，包括可调谐激光器(1)、光纤准直器(2)、气体池(3)、CaF

【技术特征摘要】
1.一种基于超薄二维半导体材料涂敷石英音叉的气体传感器，其特征在于，包括可调谐激光器(1)、光纤准直器(2)、气体池(3)、CaF2透镜(4)、石英音叉(5)、低噪声前置放大器(6)、数据采集系统(7)、计算机(8)、双通道DAQ(9)；
所述可调谐激光器(1)的激光发射光路上依次设置有光纤准直器(2)、气体池(3)，所述气体池(3)的两端分别设有光入射口、光出射口，所述气体池(3)的光出射口侧依次设有CaF2透镜(4)、石英音叉(5)，所述石英音叉(5)与所述低噪声前置放大器(6)电性连接，所述低噪声前置放大器(6)的信号输出端与所述数据采集系统(7)的信号输入端电性连接，所述数据采集系统(7)的信号输出端分别与计算机(8)、双通道DAQ(9)连接，所述双通道DAQ(9)与所述可调谐激光器(1)的控制端口连接；
所述石英音叉(5)的外表面涂有光电转换薄膜涂层，所述光电转换薄膜涂层由异质原子掺杂具有良好光电特性的半导体材料制备而成。


2.根据权利要求1所述的一种基于超薄二维半导体材料涂敷石英音叉的气体传感器，其特征在于，所述可调谐激光器(1)采用二极管激光器，其激光强度在所述石英音叉(5)的谐振频率附近进行调制。


3.根据权利要求2所述的一种基于超薄二维半导体材料涂敷石英音叉的气体传感器，其特征在于，从所述气体池(3)出射的光束通过CaF2透镜(4)聚焦于石英音叉(5)的表面。


4.根据权利要求3所述的一种基于超薄二维半导体材料涂敷石英音叉的气体传感器，其特征在于，所述数据采集系统(7)通过内置的Labview软件对...

【专利技术属性】
技术研发人员：周胜，蒋童童，孙晓园，李劲松，俞本立，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34