【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于红外分析物检测，具体涉及一种片上多组分气体传感系统及检测方法。
技术介绍
1、光热干涉光谱技术是利用光热效应产生的微小热量变化来检测气体的吸光特性。当激光被气体吸收时，气体分子通过弛豫产热，导致材料的温度和折射率发生变化。这些变化会引起激光的相位变化，从而导致干涉效应，通过测量干涉信号的变化，可以获得气体的吸光特性和浓度信息。基于光波导的气体传感器的灵敏度受到消逝场弱和光程短的限制，光子晶体波导可以实现慢光效应，能有效降低光的群速度，增加光程，提升光波导气体传感器的检测性能。
2、现有专利“202210051808.7”《一种基于近红外双波长光子晶体慢光波导的光热干涉光谱气体传感装置及检测方法》，公开了一种基于光热干涉光谱技术的双波长光子晶体慢光波导传感器，同时在近红外探测光和泵浦光波段产生慢光效应，增加器件的有效光程，增强分析物对泵浦光的吸收和近红外探测光的相位积累，提高了传感器的灵敏度和响应速度。但是光子晶体波导的检测带宽通常只有几十纳米，只能用于检测一种特定气体。
3、还有专利“201610874377.9”《 一种光子晶体慢光波导装置及慢光效应获取方法》，该波导装置通过在光子晶体波导线缺陷两侧的第一排孔和第二排孔内填充光流体实现慢光效应，但是该装置的带宽也只有几十纳米，并且实现方式复杂。
4、此外，许多气体在近红外1500纳米到1700纳米的波长范围内存在特征吸收，上述装置都面临检测种类单一的问题。
技术实现思路
1、针对现
2、本专利技术采用的技术方案为：
3、一种片上多组分气体传感系统，包括近红外窄线宽探测激光器、近红外可调谐泵浦激光模块、片上马赫-曾德尔干涉仪、光纤耦合器、光纤分束器、光纤滤波器、低通滤波模块、相位调整模块和信号处理模块；
4、近红外窄线宽探测激光器的输出端与光纤耦合器的一个输入端相连，近红外可调谐泵浦激光模块输出端与光纤耦合器的另一个输入端相连；
5、光纤耦合器的输出端与片上马赫-曾德尔干涉仪的输入端相连；
6、光纤滤波器的输入端和片上马赫-曾德尔干涉仪的输出端相连；
7、光纤滤波器的输出端和光纤分束器的输入端相连；
8、光纤分束器的输出端一路和信号处理模块相连，另一路和低通滤波模块相连；
9、低通滤波模块的输出端和相位调整模块的输入端相连。
10、优选的，所述近红外可调谐泵浦激光模块包括近红外可调谐激光器、声光调制器、信号发生器和偏振控制器，声光调制器具有一个光纤输入端、一个光纤输出端和一个电压输入端，所述声光调制器的光纤输入端和近红外可调谐激光器的输出端相连，所述声光调制器的光纤输出端和偏振控制器的输入端相连，所述声光调制器的电压输入端和信号发生器的输出端与相连，近红外可调谐激光器产生被气体吸收的近红外泵浦激光，波长调谐范围为1500-1700纳米。
11、优选的，所述片上马赫-曾德尔干涉仪包括近红外宽带光子晶体慢光波导、输入波导、输出波导、第一分束波导、第二分束波导、合束波导、第一多模波导、第二多模波导、第一单模波导、第二单模波导、金属电极；
12、所述片上马赫-曾德尔干涉仪的一臂具有近红外宽带光子晶体慢光波导，另一臂具有第一单模波导，用与实现近红外探测激光的干涉；
13、所述输入波导作为片上马赫-曾德尔干涉仪的输入端，用于耦合输入近红外探测激光和近红外泵浦激光；所述输出波导作为片上马赫-曾德尔干涉仪的输出端，用于耦合输出近红外探测激光和近红外泵浦激光；
14、所述第一分束波导用于分束，所述合束波导用于合束；所述第一单模波导能同时导通近红外的探测激光和近红外的泵浦激光；
15、所述第二分束波导、第二单模波导和第一多模波导共同构成模式转换器，用于将第二分束波导的基模转换成第一多模波导的高阶模，在第一多模波导中同时存在基模和高阶模，基模用于激发近红外宽带光子晶体慢光波导的偶模，高阶模用于激发近红外宽带光子晶体慢光波导的奇模；
16、所述第二多模波导和合束波导相连，用于输出近红外宽带光子晶体慢光波导的模式；
17、所述金属电极位于顶硅上面，距离第一单模波导三微米，用于调整第一单模波导的有效折射率；
18、所述输入波导、输出波导、第一分束波导、第一单模波导、第二分束波导、第二单模波导、第一多模波导、第二多模波导和合束波导的衬底为硅，芯层为硅，下包层为二氧化硅，上包层为空气。
19、优选的，所述近红外宽带光子晶体慢光波导同时导通近红外的探测激光和近红外的泵浦激光，近红外宽带光子晶体慢光波导具有三排缺陷孔和八个模式，在1500-1700纳米具有慢光效应，八个模式覆盖1500-1700纳米波长范围内的多种气体吸收带，近红外宽带光子晶体慢光波导为悬浮空气桥结构，衬底为硅，芯层为硅，下包层为空气，上包层为空气，支撑层为二氧化硅。
20、优选的，所述相位调整模块包括电流源和探针台，所述的电流源的正极输出端和探针台的一个输入端相连，所述的电流源的负极输出端和探针台的另一个输入端相连，所述的探针台具有两个输出端，分别与金属电极的两个焊盘相连。
21、优选的，所述片上马赫-曾德尔干涉仪的制备方法为：
22、步骤一：利用电子束曝光形成光刻胶掩模，通过干法刻蚀制备得到下包层为二氧化硅的近红外宽带光子晶体慢光波导、输入波导、输出波导、第一分束波导、第二分束波导、合束波导、第一多模波导、第二多模波导、第一单模波导、第二单模波导，并通过去胶液去除光刻胶；
23、步骤二：制备金属电极，采用紫外曝光在金属电极区域的硅层顶部形成光刻胶掩膜，利用热蒸镀法制备金属电极，通过去胶液去除光刻胶；
24、步骤三：腐蚀二氧化硅，采用紫外曝光在近红外宽带光子晶体慢光波导区域形成光刻胶掩膜，利用氢氟酸腐蚀近红外宽带光子晶体慢光波导下包层的二氧化硅，形成空气桥结构的近红外宽带光子晶体慢光波导，通过去胶液去除光刻胶，最终形成片上马赫-曾德尔干涉仪的所有结构。
25、一种多组分气体检测设备，包含有片上多组分气体传感系统。
26、一种基于片上多组分气体传感系统，包括：
27、步骤1：调节近红外可调谐激光器的发光波长，使泵浦光波长对准待测气体的吸收峰，并调节信号发生器使近红外泵浦激光实现强度调本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种片上多组分气体传感系统，其特征在于：包括近红外窄线宽探测激光器、近红外可调谐泵浦激光模块、片上马赫-曾德尔干涉仪、光纤耦合器、光纤分束器、光纤滤波器、低通滤波模块、相位调整模块和信号处理模块；
2.根据权利要求1所述一种片上多组分气体传感系统，其特征在于：所述近红外可调谐泵浦激光模块包括近红外可调谐激光器、声光调制器、信号发生器和偏振控制器，声光调制器具有一个光纤输入端、一个光纤输出端和一个电压输入端，所述声光调制器的光纤输入端和近红外可调谐激光器的输出端相连，所述声光调制器的光纤输出端和偏振控制器的输入端相连，所述声光调制器的电压输入端和信号发生器的输出端与相连，近红外可调谐激光器产生被气体吸收的近红外泵浦激光，波长调谐范围为1500-1700纳米。
3.根据权利要求2所述一种片上多组分气体传感系统，其特征在于：所述片上马赫-曾德尔干涉仪包括近红外宽带光子晶体慢光波导、输入波导、输出波导、第一分束波导、第二分束波导、合束波导、第一多模波导、第二多模波导、第一单模波导、第二单模波导、金属电极；
4.根据权利要求3所述一种片上多组分气体传
5.根据权利要求4所述一种片上多组分气体传感系统，其特征在于：所述相位调整模块包括电流源和探针台，所述的电流源的正极输出端和探针台的一个输入端相连，所述的电流源的负极输出端和探针台的另一个输入端相连，所述的探针台具有两个输出端，分别与金属电极的两个焊盘相连。
6.根据权利要求5所述一种片上多组分气体传感系统，其特征在于：所述片上马赫-曾德尔干涉仪的制备方法为：
7.一种多组分气体检测设备，其特征在于：包含有权利要求1-6任一项所述的片上多组分气体传感系统。
8.一种基于片上多组分气体传感系统，其特征在于：包括：
9.根据权利要求8所述一种片上多组分气体传感系统的检测方法，其特征在于：片上马赫-曾德尔干涉仪的近红外宽带光子晶体慢光波导在1500-1700纳米具有慢光效应。
10.根据权利要求9所述一种片上多组分气体传感系统的检测方法，其特征在于：近红外宽带光子晶体慢光波导产生八个模式，形成近红外宽带光子晶体慢光波导，八个模式覆盖1500-1700纳米波长范围内的多种气体吸收带。
...【技术特征摘要】
1.一种片上多组分气体传感系统，其特征在于：包括近红外窄线宽探测激光器、近红外可调谐泵浦激光模块、片上马赫-曾德尔干涉仪、光纤耦合器、光纤分束器、光纤滤波器、低通滤波模块、相位调整模块和信号处理模块；
2.根据权利要求1所述一种片上多组分气体传感系统，其特征在于：所述近红外可调谐泵浦激光模块包括近红外可调谐激光器、声光调制器、信号发生器和偏振控制器，声光调制器具有一个光纤输入端、一个光纤输出端和一个电压输入端，所述声光调制器的光纤输入端和近红外可调谐激光器的输出端相连，所述声光调制器的光纤输出端和偏振控制器的输入端相连，所述声光调制器的电压输入端和信号发生器的输出端与相连，近红外可调谐激光器产生被气体吸收的近红外泵浦激光，波长调谐范围为1500-1700纳米。
3.根据权利要求2所述一种片上多组分气体传感系统，其特征在于：所述片上马赫-曾德尔干涉仪包括近红外宽带光子晶体慢光波导、输入波导、输出波导、第一分束波导、第二分束波导、合束波导、第一多模波导、第二多模波导、第一单模波导、第二单模波导、金属电极；
4.根据权利要求3所述一种片上多组分气体传感系统，其特征在于：所述近红外宽带光子晶体慢光波导同时导通近红外的探测激光和近红外的泵浦激光，近红外宽带光子晶体慢光波导具有三排缺陷孔和八个模式，在1500-17...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑传涛，彭子航，皮明权，黄一俊，宋芳，杨悦，王一丁，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：
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