一种基于空心PMMA管复合波导气体传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种基于空心PMMA管复合波导气体传感器，包括密封在两个PMMA板之间的三根从内到外同轴设置的PMMA管，在靠近传感器两端处的管壁上分别设置出气口和进气口；每根PMMA管都具有不同的光栅结构，从内到外依次刻蚀复合型光栅结构、双啁啾型光栅结构和单啁啾复合型光栅结构。与现有技术相比，本发明专利技术在太赫兹波入射下，能够实现气体的压强检测，此外，不同直径的组合在一起能够提高太赫兹波检测气体压强的灵敏度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于空心PMMA管复合波导气体传感器
本专利技术涉及太赫兹波检测领域，尤其是涉及一种基于空心PMMA管复合波导气体传感器。
技术介绍
太赫兹波是指频率介于0.1到10THz之间，即波长在30μm～3mm的一段性质非常独特的电磁波。由于其在电磁波谱中处于微波、毫米波与红外之间，故在光电子
被广泛研究。物质的太赫兹光谱(包括透射谱和反射谱)包含着非常丰富的物理和化学信息，所以研究物质在该波段的光谱对于物质结构的探索具有重要意义；其次太赫兹脉冲光源与传统光源相比具有诸如瞬态性、宽带性、相干性、低能性等很多独特的性质，利用太赫兹脉冲可以分析材料的性质，而太赫兹时域光谱(THz-TDS)是一种非常有效的测试手段。太赫兹时域系统(THz-TDS)信噪比高，而且稳定性较好，能对物质进行定性鉴别，同时也是一种无损探测方法，所以在基础研究领域、工业应用领域、医学领域、生物领域、军事领域及国家安全中有重要的应用前景。气体作为一种高效、环保、低廉的能源，广泛应用于工业与生活中，同时气体的泄露也会造成严重的灾害。而检测气体又不能影响正常使用，就要求检测的灵敏度以及检测方式为无损探测。现有的气体传感器工艺复杂，灵敏度不高，成本也相应较高。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于空心PMMA管复合波导气体传感器。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于空心PMMA管复合波导气体传感器，包括密封在两个PMMA板之间的三根从内到外同轴设置的PMMA管，在靠近传感器两端处的管壁上分别设置出气口和进气口；每根PMMA管都具有不同的光栅结构，从内到外依次刻蚀复合型光栅结构、双啁啾型光栅结构和单啁啾复合型光栅结构。优选的，所述复合型光栅结构包括依次设置的起始段、第一光栅段、第二光栅段、第三光栅段和终止段，具体的：起始段包括10个周期间距为300μm的光栅，第一光栅段包括34个周期间距为400um的光栅，第二光栅段包括39个周期间距为350um的光栅，第三光栅段包括45个周期间距为300um的光栅，终止段包括5个周期间距为300μm的光栅。优选的，所述复合型光栅结构中：起始段的光栅的刻蚀宽度为90μm，刻蚀深度为50μm；第一光栅段的光栅的刻蚀宽度为210μm，刻蚀深度为180μm；第二光栅段的光栅的刻蚀宽度为180μm，刻蚀深度为150μm；第三光栅段的光栅的刻蚀宽度为100μm，刻蚀深度为50μm；终止段的光栅的刻蚀宽度为90μm，刻蚀深度为50μm；相邻两段之间的距离均为1mm。优选的，所述双啁啾型光栅结构包括依次设置的起始段、单啁啾复合光栅段和终止段，具体的：起始段包括10个周期间距为300μm的光栅，单啁啾复合光栅段包括41个周期间距为400μm、350μm或300μm的光栅，终止段包括5个周期间距为300μm的光栅。优选的，所述双啁啾型光栅结构中：起始段的光栅的刻蚀宽度为90μm，刻蚀深度为50μm；单啁啾复合光栅段中间距为400μm、350μm和300μm的光栅的刻蚀宽度分别为210μm、180μm和120μm，刻蚀深度分别为180μm、150μm和100μm；终止段的光栅的刻蚀宽度为90μm，刻蚀深度为50μm；相邻两段之间的距离为1mm。优选的，所述单啁啾复合型光栅结构包括依次设置的起始段、双啁啾光栅段和终止段，具体的：起始段包括10个周期间距为300μm的光栅，双啁啾光栅段包括33个周期间距为400μm或350μm的光栅，终止段包括5个周期间距为300μm的光栅。优选的，所述单啁啾复合型光栅结构中：起始段的光栅的刻蚀宽度为90μm，刻蚀深度为50μm；双啁啾光栅段中间距为400μm和350μm的光栅的刻蚀宽度分别为210μm和350μm，刻蚀深度分别为180μm和120μm；终止段的光栅的刻蚀宽度为90μm，刻蚀深度为50μm；相邻两段之间的距离为1mm。优选的，所述PMMA板设有用于安装各个PMMA管的凹槽，所述PMMA管与PMMA板通过PMMA专用胶固定。优选的，所述PMMA管的厚度均为2mm，相邻两根PMMA管之间的距离为3mm。优选的，所述PMMA管中位于最内侧的PMMA管的内径为8mm。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术通过在三根PMMA管上制备多种不同的光栅结构，相对于无光栅结构能够产生更大的谐振消光比，在太赫兹波入射下，能够实现气体的压强检测，此外，不同直径的PMMA管组合在一起能够提高太赫兹波检测气体压强的灵敏度，同时制备成本较低。2、本专利技术复合型光栅结构包含起始段、第一光栅段、第二光栅段、第三光栅段、终止段，一方面可以增强折射率的变化，同时起始段与终止段通过参数的不一样可以起到定位的作用。附图说明图1为实施例中基于空心PMMA管复合波导气体传感器的截面图；图2是图1中A-A方向的截面图；图3为实施例中PMMA管上制备不同光栅结构的太赫兹时域光谱图，图中小图为中间部分的放大示意图；图4是实施例中PMMA管上制备不同光栅结构的太赫兹频域透射图；图5是实施例中无光栅结构的A2管与A1管G1型组合和A2管G1型与无光栅结构的A3管组合的太赫兹频域透射图；图6是实施例中不同直径PMMA管组合无光栅结构的太赫兹时域光谱图；图7是实施例中不同直径PMMA管组合无光栅结构的太赫兹频域透射图；图8是实施例中直径为7mm的PMMA管在180GHz处的基模模式强度分布图；图9是实施例中直径为10mm+7mm的PMMA管在180GHz处的基模模式强度分布图；图10是实施例中直径为13mm+10mm+7mm的PMMA管在180GHz处的基模模式强度分布图；图11是实施例中基于空心PMMA管复合波导气体传感器测试氮气在不同压力下的太赫兹频域透射图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。实施例如图1、2所示，本申请提出了一种基于空心PMMA管的复合波导气体传感器，用于检测气体压强特性，包括三根从内到外同轴设置的不同直径(A1/A2/A3)的PMMA管，两端分别用PMMA板密封，在靠近端口处的管壁上分别设置出气口与进气口。每根PMMA管都具有不同的光栅结构，其中，A3管设置在最内侧，蚀刻复合型光栅(G1)结构，包含起始段(S1)、第一光栅段(S2)、第二光栅段(S3)、第三光栅段(S4)、终止段(S5)；A2管设置在中间，蚀刻双啁啾型光栅(G3)结构，包含起始段(P1)、单啁啾复合光栅段(P2)、终止段(P3)；A1管设置在最外侧，蚀刻单啁啾复合型光栅(G2)结构，包含起始段(Q1)、双啁啾光栅段(Q2)、终止段(Q3)。两端的PMMA板都刻制与PMMA管相应的不同直径的同心凹槽，用于固定并保证PM本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于空心PMMA管复合波导气体传感器，其特征在于，包括密封在两个PMMA板之间的三根从内到外同轴设置的PMMA管，在靠近传感器两端处的管壁上分别设置出气口和进气口；每根PMMA管都具有不同的光栅结构，从内到外依次刻蚀复合型光栅结构、双啁啾型光栅结构和单啁啾复合型光栅结构。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于空心PMMA管复合波导气体传感器，其特征在于，包括密封在两个PMMA板之间的三根从内到外同轴设置的PMMA管，在靠近传感器两端处的管壁上分别设置出气口和进气口；每根PMMA管都具有不同的光栅结构，从内到外依次刻蚀复合型光栅结构、双啁啾型光栅结构和单啁啾复合型光栅结构。


2.根据权利要求1所述的一种基于空心PMMA管复合波导气体传感器，其特征在于，所述复合型光栅结构包括依次设置的起始段、第一光栅段、第二光栅段、第三光栅段和终止段，具体的：起始段包括10个周期间距为300μm的光栅，第一光栅段包括34个周期间距为400um的光栅，第二光栅段包括39个周期间距为350um的光栅，第三光栅段包括45个周期间距为300um的光栅，终止段包括5个周期间距为300μm的光栅。


3.根据权利要求2所述的一种基于空心PMMA管复合波导气体传感器，其特征在于，所述复合型光栅结构中：起始段的光栅的刻蚀宽度为90μm，刻蚀深度为50μm；第一光栅段的光栅的刻蚀宽度为210μm，刻蚀深度为180μm；第二光栅段的光栅的刻蚀宽度为180μm，刻蚀深度为150μm；第三光栅段的光栅的刻蚀宽度为100μm，刻蚀深度为50μm；终止段的光栅的刻蚀宽度为90μm，刻蚀深度为50μm；相邻两段之间的距离均为1mm。


4.根据权利要求1所述的一种基于空心PMMA管复合波导气体传感器，其特征在于，所述双啁啾型光栅结构包括依次设置的起始段、单啁啾复合光栅段和终止段，具体的：起始段包括10个周期间距为300μm的光栅，单啁啾复合光栅段包括41个周期间距为400μm、350μm或300μm的光栅，终止段包括5个周期间距为300μm的光栅。


5.根据权利要求4所述的一种基于空心PMMA管复合波导气体传感器，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈剑，冯吉军，张大伟，庄松林，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：上海;31