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基于光子晶体光纤和红外吸收光谱的气体传感系统的研究
基于光子晶体光纤和红外吸收光谱的气体传感系统的研究
作&&&&&者：&&
作者单位：&
作者专业：电路与系统
学位级别：硕士
授予年度：2016年
导师姓名：
学科分类：0808&
摘&&&&&&要：本论文研究课题来源于国家自然科学基金项目,项目名称:深部采动下红外瓦斯传感特性致变模式及自适应检测机制研究,编号:。痕量气体检测在工业过程控制、环境保护、安全生产、国防等领域具有重要的作用。基于激光吸收光谱的气体传感器具有检测灵敏度高、选择性好等优点。同时,空芯带隙光子晶体光纤由于其独特的结构,可以为光与气体相互作用提供理想的场所,在非线性光学、气体传感、痕量气体检测等研究领域受到广泛关注。从理论与实验的角度,本论文研究设计了基于空芯带隙光子晶体光纤和红外吸收光谱的气体传感系统,分析了光子晶体光纤中慢光效应对气体传感性能的影响,建立了气体传感系统,并针对乙炔气体开展了浓度测量实验。论文主要研究内容如下:1.对光子晶体光纤开展了理论计算与分析。运用平面波展开法计算了二维光子晶体带隙形成条件,研究了光子晶体光纤的基本导光性质,计算了带隙型光纤的模场分布,估算了带隙型光纤与单模光纤之间的光强耦合效率,为研究设计光子晶体光纤气体传感系统奠定了一定的理论基础。2.计算了光子晶体光纤中慢光效应对气体传感的影响。首先,运用微流控技术,设计了一种可调谐的空芯带隙光子晶体光纤,计算了光纤模场分布及其色散、群折射率等特性。其次,运用有限元方法,针对设定气体的不同消光系数,计算了在不同光流体填充下的增强吸收因子,分析了光子晶体光纤中慢光效应对增强光与物质反应的影响,证实了慢光效应能够增强物质对光的吸收作用。最后,以氨气和乙炔为例,说明如何调谐光纤模式,使其与气体的吸收谱线相匹配。3.分析设计了基于光子晶体光纤和红外吸收光谱的气体传感系统,主要包括光纤传感光路、激光器驱动电路、后端信号检测电路等。首先,采用?
主 题 词：&&&&
馆 藏 号：72640&&&
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6、由于手机短信存在发送失败的可能，请于每周二、五在本网站上查询您的请求处理状态
7、图书送达后请及时到图书馆办理借阅手续，连续两次到书不借将暂停两月通借服务& & 气体传感性能最普通的限制之一，是出现意想不到的干涉条纹，例如，光路中表面之间多次反射。还有， 这些干扰的振幅和频率依赖于光学元件距离和调准，并受温度变化和机械扰动的影响，产生信号漂移。现在，我们提出一个新奇半参数算法，从含有随意干扰的背景中(没有就这些干扰的函数形式作出任何假设), 算法允许信号提取，像一个气体分子的光谱吸收线。算法首先应用到模拟数据，接着在强干扰条纹中进行氧气吸收测量。就作者所知，如果干涉条纹有一个自由光谱限度，有比得上那些被检测信号的振幅，那么算法特别使前所未有的准确性成为可能的。描述的方法显现出纯粹基于后处理的优势。如果知道信号傅里叶变换函数形式，描述的方法是极其直接的实现。所以，它有潜力使免干扰吸收光谱成为可能的。最后， 它的实用性越过气体传感吸收光谱，因为它可应用到任何类型的光谱数据。
& & 关键词：干扰,干扰消除,噪声降低,数字滤波,光谱学,传感器
& & 归功于激光源和光电元件的可利用性和性能的巨大进步， 可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)已参入研究和工业应用的各种学科。作为高敏感性、可选择性、快捷的、无损的，和原位法， TDLAS在目前越来越多的用在几个领域来定量评估气体浓度。这些领域包括，仅仅提及几个，大气环境监测[,,,,,]，医学诊断[,,]，化学分析[]，和工来加工控制[,,]。应用量的增加，已推动在敏感性和稳定性上对这种方法的需求。在另一方面，对实践和经济运用，有正日益增长的兴趣：紧凑、设计简单、成本低的敏感性传感器，不要求特别的光元件，但保证实现复杂实验室设备的敏感性。
& & 传感器性能最普通的限制之一，是标准具出现意想不到的干涉条纹[]。这些干扰可能起自系统中的多次反射和散射面，像反光镜、透镜、光纤端面、激光头窗口或气体中的尘粒[]。甚至散布性的表面，如，因传感器窗口积尘，随时产生干扰条纹。特别地，条纹有与吸收线宽相似的自由光谱区(FSR)，在线性特征的测定上促成重大错误。特别的策略已提出来解决这些类型的干扰，例如，参考[]中，小的干扰条纹振幅和一个多样性条纹FSR测量窗口，条纹在傅立叶域分析后，被除去。进一步，因为干扰的振幅和频率依赖于光学元件距离和调准，它们受温度变化和机械扰动的影响，产生，如，信号输出漂移，因而系统的长期性能恶化。
& & 最简单的策略来减小干扰条纹的影响，包括防反射涂层和楔，或光表面角化。别的办法包括，仅提几种：抖动产生干扰的一个表面，整合信号均化影响[,]，选择一个特别调频[]或调制方案[,]，特别地选择干扰表面的距离[]，和后处理滤波[]。关于单一增强和噪声去除技术的综合评述，见参考[]。虽然，所有这些方法在过去的几年里已成功地运用，但是它们在实际应用上有限制，在依赖于特别应用条件的实施上有限制。例如，不可能总抖动一个表面，一个特别检测方案的运用可能受限于测量的灵活性上。
& &&本工作，提出一种新的和广泛使用的方法，仅依靠数据的后处理。因此，不要求设备设置或硬件的调整，并容易地适用于不同实验配置。这新出的算法允许信号提取，像一个气体分子的吸收线信号。就那些干扰特点的函数方式没有做任何假定，从含有任意干扰的背景中提取信号。因此，有改进TDLAS敏感性和稳定性的潜力。进一步地，本算法，特别易于应用。如果信号的傅里叶变换能以封闭形式写出，本算法能非常普遍地用于任何类的光谱数据。本论文组织如下：第2节，描述方法和算法的基础；第3节，论证它在模似信号方面的应用；第4节，说明直接吸收光谱用于氧气气体传感的一个实例结果。
本文原著：Umberto Michelucci and Francesca Venturini
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光电工程 & 31卷 & 6期(pp：21-23)
甲烷气体多点光纤传感系统的研究
Study on multi-point fibre-optic sensor system for methane
摘要基于气体在其特征吸收波长下光的吸收随浓度变化的机理和空分复用技术,复用多个气体吸收型光纤传感器,并通过谐波检测技术对微弱信号进行处理,设计了一套甲烷气体多点光纤传感系统.研究表明,该传感器的精确度为5ppm,精确度和稳定性均可满足实际要求,仪器可在多场合进行多点在线测量.
中图分类号：TP212所属栏目：基金项目：河北省自然基金资助项目(600227)收稿日期：修改稿日期：网络出版日期：--作者单位&&&&点击查看王玉田：燕山大学电气工程学院,河北,秦皇岛,066004李晓昕：燕山大学电气工程学院,河北,秦皇岛,066004刘占伟：燕山大学电气工程学院,河北,秦皇岛,066004郭媛：燕山大学电气工程学院,河北,秦皇岛,066004王书涛：哈尔滨工业大学自动化与控制系,黑龙江,哈尔滨,150001车仁生：哈尔滨工业大学自动化与控制系,黑龙江,哈尔滨,150001备注：王玉田(1952-),男(汉族),辽宁本溪人,教授,博士生导师,主要从事检测技术及光纤传感器方面的教学和研究.E-mail:.cn
【1】喻洪波,何海律,靳伟,等.连续波调频技术复用的光纤气体多点传感系统[J].激光杂志,):45-47.【2】喻洪波,廖延彪,靳伟,等.光纤化的气体传感技术[J].激光与红外,):193-196.【3】CULSHAW B,DAKIN J.光纤传感器第1版[M].武汉:华中理工大学出版社,.【4】CULSHAW B, STEWART G, DONG F, et al. Fibre optic techniques for remote spectroscopic methane detection-from concept to system realization [J]. Sensors and actuators B: chemical, -3): 25-37.
引用该论文王玉田,李晓昕,刘占伟,郭媛,王书涛,车仁生.&Study on multi-point fibre-optic sensor system for methane[J].&Opto-Electronic Engineering,&):&21-23王玉田,李晓昕,刘占伟,郭媛,王书涛,车仁生.&甲烷气体多点光纤传感系统的研究[J].&光电工程,&):&21-23被引情况【1】【2】
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基于红外差分检测的甲烷气体传感器研制
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基于红外差分检测的甲烷气体传感器研制
论文目录&摘要第1-5页 ABSTRACT第5-10页 第一章 绪论第10-18页 　　· 课题研究目的及意义第10页 　　· 甲烷气体检测研究现状第10-15页 　　　　· 催化元件法第10-12页 　　　　· 热传导式第12-13页 　　　　· 光干涉法第13-14页 　　　　· 光谱吸收法第14-15页 　　· 光纤和非光纤传感器第15-16页 　　· 红外光谱吸收法测甲烷的特点第16-17页 　　· 课题来源及论文的主要研究内容第17-18页 第二章 红外甲烷气体传感器检测原理第18-24页 　　· 气体分子选择吸收理论第18页 　　· 朗伯比尔定律第18-20页 　　· 气体分子的吸收谱线第20-23页 　　　　· 分子能级结构第20-21页 　　　　· 甲烷的吸收光谱第21-23页 　　· 本章小结第23-24页 第三章 红外甲烷气体传感器检测方法第24-32页 　　· 谐波检测法第24-27页 　　· 差分吸收法第27-30页 　　　　· 单波长差分法第27-28页 　　　　· 双波长差分法第28-29页 　　　　· 时间双波长差分法第29-30页 　　· 本章小结第30-32页 第四章 甲烷气体传感器设计方案第32-46页 　　· 引言第32页 　　· 传感器总体方案设计第32-33页 　　· 传感器光源的选择第33-36页 　　　　· 吸收谱线的选择第33-34页 　　　　· 光源的选择第34-36页 　　· 旋转滤光盘第36页 　　· 传感气室的设计第36-41页 　　　　· 单光路吸收气室第37-38页 　　　　· 多光路吸收气室第38-40页 　　　　· 气室设结构计第40-41页 　　· 光电探测器第41-43页 　　　　· 光电子发射探测器第42页 　　　　· 光电导探测器第42-43页 　　　　· 光伏探测器第43页 　　· 传感器工作原理第43-44页 　　· 数据处理系统第44-45页 　　· 本章小结第45-46页 第五章 传感器浓度标定与实验第46-52页 　　· 浓度标定方法第46-47页 　　　　· 线性插值法第46-47页 　　　　· 多项式拟合法第47页 　　· 浓度标定实验第47-49页 　　· 示值对比试验第49-50页 　　· 稳定度实验第50-51页 　　· 本章小结第51-52页 第六章 总结与展望第52-53页 参考文献第53-56页 致谢第56-57页 研究生期间发表的学术论文第57页
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光子晶体光纤气体传感
利用光子带隙原理导光的光子晶体光纤可以实现激光在空气纤芯区的传播，并且可以将 95%的光能限制在该区域。
光子晶体光纤气体传感1光纤气体传感概述
在工业生产中，能够实时准确地对原料或产物中的易燃、易爆、有毒、有害气体进行实时检测有非常重要的意义。同时，随着工业生产的发展，环境的污染越来越引起人们的关注。以上需求成为新兴气体传感和检测技术发展的巨大推动力。光纤气体传感器在工业气体过程控制、环境监测、以及恶劣环境下的在线、连续检测方面具有不可替代的作用。
光纤气体传感器一般用于对气体浓度的测量，本质上讲，一切与被检测气体物理或化学特性相关的光学现象，都可以直接或间接用于光纤气体感。对于光纤气体传感器，传感信息可以调制于光的强度、波长、相位以及偏振态。
光子晶体光纤气体传感2光纤气体传感
1）染料指示剂型光纤气体传感
染料指示剂型光纤气体传感是利用染料指示剂作为中间物来实现对气体间接测量的传感技术。其基本原理是：染料与被检测气体接触后发生化学反应，使染料的物理、化学性质发生变化，再利用光学方法测量这种变化，就可以得到被检测气体的信息。常用的染料指示剂型光纤传气体感器是 PH 值传感器，该传感器利用的是某些气体的浓度变化引起 PH 值的变化，而石蕊或酚红指示剂颜色随PH 值的变化而变化的原理。这种气体传感器的缺点是对气体种类指示性弱，难以作为气体检测唯一依据。
2）光纤荧光气体传感
光纤荧光气体传感器是通过测量相应的荧光辐射强度来得到气体浓度信息的。荧光既可以来自被检测气体本身的自发辐射，也可以来自于与被检测气体相互作用的荧光染料。物质吸收特定波长光的能量，产生电子受激跃迁，然后受激电子自发辐射，产生荧光，气体浓度既可以改变受激电子上能级寿命，也可以改变受激辐射强度，测量二者均可以得到被测量气体的浓度信息。荧光气体传感的优点是辐射波长直接反应被检测气体的物质结构，对不同被检测对象有很好鉴别性，而且荧光寿命不受光源波动和染料浓度变化的影响，稳定性好，精度高。缺点是测量荧光寿命方法比较复杂，检测成本高。
3）光纤折射率变化气体传感
光纤折射率变化气体传感的原理是：某些材料的折射率或体积会随被检测气体变化而变化，将其代替光纤包层或涂覆在光纤端面上，能引起光纤传光特性（有效折射率、双折射、损耗）的变化，因此，通过测量光纤波导参数可获得气体浓度的信息。例如，1992 年 M.Archenault 利用杂聚硅氧烷（HPS）类材料采用溶胶-凝胶镀膜技术涂于光纤表面测量甲苯等碳氢化合物。1994 年 S.Mcculloch 和 G.Stewart 将 TiO2-SiO2采用溶胶-凝胶技术镀在 D-型光纤上，测量了甲烷气体浓度。氢气的测量一般也采用这种办法，具体的做法是将钯膜沉积于光纤端面，使光纤-膜及膜-空气二界面形成光纤 Fabry-Perot 腔。钯膜遇到空气会发生膨胀，使得 Fabry-Perot 腔发生变化，即可获得氢气浓度数据。这类光纤气体传感器结构简单，价格低廉，但是镀膜技术和防止膜层污染成为限制其发展的瓶颈。
4）光谱吸收型光纤气体传感
光谱吸收型气体传感是目前应用最广泛的一种气体传感技术，其传感原理脱胎于激光光谱分析技术。光谱吸收型光纤气体传感器结合了现代光纤技术的优点，将以前主要用于实验的气体光谱分析技术引入到实际工程气体传感中，这在远程遥感、多点网络化等方面有巨大的应用前景。依据信号检测的方法不同，先后出现了差分吸收法、Fourier 变换光谱法、F-P 腔法、AOTF 等方法。
假设气体在入射光光谱范围内有特征吸收峰，则光波经过气体后，特定波长的光被吸收，就可以得到气体的吸收谱线，通过标定气体吸收峰位置，可进一步得到对气体种类的识别。光纤气体传感器就是利用某些气体在石英光纤透射窗口内的吸收峰，测量因气体吸收产生的透射谱线，已得到气体种类与浓度信息的一类强度调制型气体传感器。
与其他类型气体传感器相比，光谱吸收型光纤气体传感器具有检测灵敏度高、响应速度快、抗温度、湿度等外界因素干扰能力强等优点。其最大的特点是传感单元（气室）简单，可检测气体种类多，易于形成网络。因而是目前最有应用前景的传感技术。
吸收型气体检测技术已经达到相当高的检测灵敏度。实现这种高灵敏检测的技术主要分两类：一类是利用波长调制或频率调制的光谱检测技术，它是利用波长调制或二次谐波技术来获得高灵敏度的检测，一般可以达到 ppm（10）量级，这类传感技术随着各种光通信器件（例如分布反馈式（DFB）激光器、可调谐窄带激光器、可调谐梳状滤波器等）的发展，已经在光纤化方面取得长足的进步。另一类是采用各种腔增强技术来获得较高的检测灵敏度，一般可达 ppb(10)量级或者更高。腔增强检测技术有两类：Ring-down 腔光谱检测技术和有源内腔激光光谱检测技术。有源内腔光谱检测技术是目前测量灵敏度最高的光谱吸收型气体传感技术，正处于实验究阶段，距离实用化还有一定距离，其光纤化对实现高灵敏气体传感具有很重要的意义。因此基于光纤激光器的有源内腔气体检测技术近年来成为人们研究的热点.
光子晶体光纤气体传感3光纤有源内腔气体传感技术研究进展
有源内腔光谱检测技术最早可以追溯到 1971 年，N.C.Peterson 等人在染料激光器的谐振腔内放入一弱窄带吸收体，结果发现激光器输出强度在输出波长为吸收体吸收波长时明显减弱。从此以后，激光光谱学产生了一种新的光谱检测方法——有源内腔光谱检测方法，其主体思想是将被检测物质置于激光腔内，利用激光在腔内反复谐振，多次吸收以及这种附加吸收对激光器输出功率造成的非线性附加影响来获得高灵敏度光谱检测。有源内腔光谱检测技术所用的激光器可以是半导体激光器、染料激光器、固体激光器以及光纤激光器等。 1992 年V.M.Baev等人成功地利用二极管作为光源实现有源内腔吸收气体探测，从而拉开了有源内腔光谱检测法在气体传感领域广泛应用的帷幕。有源内腔光谱检测方法仍然是检测灵敏度最高、研究最热、最有发展前景的气体检测方法。得益于光纤激光技术和光纤传感技术的发展，光纤有源内腔气体检测技术也迅速发展起来。1993 年 R.Bohm 等最早将有源内腔技术引入光纤激光器中。1999 年 Hernandez-Cordero 和 T.F.Morse 最早证明光纤激光器可用于气体传感技术。光纤有源气体检测多数选用的是用铒光纤激光器，主要是因为: 第一，掺铒光纤增益范围比较宽(1530nm-1560nm)，并且包含乙炔、氨气等几种重要有害气体的吸收峰；第二，掺铒光纤增益平坦，激光器输出比较稳定；第三，产生的光波长落在石英光纤的低损耗窗口内，有利于信号传输。
(1)掺铒光纤激光器腔内损耗引起激光输出功率改变是有源内腔气体检测的主要方法。在这方面，香港理工大学靳伟教授的研究小组做出了许多有意义的工作。2004 年，Y. Zhang 等人首先从掺铒光纤三能及速率方程出发，模拟了泵浦功率对掺铒光纤激光器内腔气体检测灵敏度的影响。指出当激光器工作状态接近阈值的时候，检测灵敏度有明显提高，但同时激光器的不稳定程度会增强。根据模拟情况，利用长度为 1cm 的气室进行 C2H2气体浓度传感，获得了 2253ppm的传感灵敏度，比单程吸收时增大了 91 倍。同年，该组的 Min Zhang 等人将波长调制技术与有源内腔气体检测技术结合，在环型腔掺铒光纤激光器内引入气体吸收池，并且在输出功率的检测上引入波长调制技术，得到 1000ppm 的乙炔气体检测灵敏度。Liu Kun 等人从二能级速率方程和光纤激光器传输方程出发，详细讨论了环形腔掺铒光纤激光器有源内腔气体检测中激光器泵浦功率、腔内损耗等因素对气体检测灵敏度的影响。这种方法的最大优点是当掺铒光纤激光器工作在阈值附近时可以获得极高的检测灵敏度。缺点是阈值附近工作的掺铒光纤激光器有很明显的自脉动行为和很高的不稳定性，这极大限制和影响气体浓度检测结果的准确性。
（2）2004 年，Yu.O. Barmenkov 报道了一种时域光纤激光器内腔吸收氢气检测方法。该方法根据激光器模式建立时间受到腔内损耗的改变而改变这一激光特性，通过测量激光建立时间来检测氢气浓度。具体的做法是将钯分子膜沉积的氢气传感单元置入直线腔掺铒光纤激光器腔内。不同浓度的氢气将在传感单元引入不同的腔损耗，进而影响激光器模式建立时间，通过测量激光器模式建立时间进而得到氢气浓度信息。这种方法可以有效解决激光器自脉冲和功率不稳定因素引入的测量不准确问题。2008 年，同一小组的 H.Arellano-Sotelo 等人又报道了基于 980nm 脉冲激光器泵浦掺铒光纤激光瞬态行为的有源内腔液体折射率传感。具体的原理是将掺铒光纤激光器的反射镜作为传感探头，将被检测液体看作为模式匹配液，利用液体折射率的改变影响反射镜反射率进而影响激光器谐振腔损耗，由于脉冲激光器驰豫振荡频率与腔损耗有直接关系，因此通过测量驰豫振荡频率，就可以得到液体折射率变化情况，进而可得到某种溶质的浓度信息。以葡萄糖溶液为利，实验测量了不同浓度下驰豫振荡频率的变化。2011 年，H. Arellano Sotelo 等人又详细论述了基于泵浦调制下掺铒光纤激光器驰豫振荡非线性动力行为的有源内腔传感原理。分别从实验和理论上论证了腔内损耗对脉冲掺铒光纤激光器驰豫振荡频率的影响行为，并且指出这种有源检测方法对于大腔损（10dB）下很小的损耗变化具有很好的检测灵敏度。
（3）随着光通信技术和器件的发展，光纤传感器的复用技术也越来越丰富，诸如时分复用技术（TDM）、空分复用技术（SDM）、波分复用技术（TDM 和）频分复用技术（FDM）等。这些方法使光纤传感系统中较昂贵的器件（如放大器，可调谐光源等）得到有效利用，大大降低系统成本，提高了测量系统有效利用率，对光纤传感的网络化有非常重要意义。2002 年，Yan Zhang 等人报道了一种基于光纤锁模激光器的多点气体检测技术。
由于不同地点的传感单元所在谐振腔长度不同，对应不同的锁模频率，因此，根据锁模频率就可以确定传感位置。这一工作对于吸收峰单一气体的多点探测有非常重要意义，并且它能标定所处监测点的位置。2003 年，Yan. Zhang 等人又提出光纤有源内腔气体传感可以波分复用。气室由带尾纤的自聚焦透镜对准而成，每个气室对应激光器的一个环形腔，FBG 作为特定波长的反射镜，通过施加应力使其 Bragg 波长与被检测气体某个吸收峰重合，以达到同一激光器多点检测的目的。
2004 年，Gillian Whitenett 等人又发展了锁模光纤激光器在气体网络式传感上得应用。他们利用多种色散啁啾光栅作为波长选择元件，实现了多点多种气体的同步检测。
光子晶体光纤气体传感4光子晶体光纤气体传感研究进展
利用光子带隙原理导光的光子晶体光纤可以实现激光在空气纤芯区的传播，并且可以将 95%的光能限制在该区域，这就为实现光与物质相互作用提供了良好的环境。这一特性极大地扩展了光子晶体光纤的应用领域，其中非常重要的一个就是光谱吸收型气体传感。
在高灵敏光纤气体中可以作为气体吸收池，具有吸收距离长，附加损耗小的优点。这种气室通常有两种做法：一种做法是将 HC-PCF 连接在两根普通单模或多模光纤之间，气体通过 HC-PCF 与普通光纤之间的缝隙进入纤芯区域与光相互作用，这种做法的优点是简便，易于实现，缺点是气体进入纤芯区域较慢；另外一种做法是将空心光子晶体光纤与普通单（多）模光纤直接熔接，然后利用飞秒激光器在 HC-PCF 侧面打孔的办法让气体进入纤芯，这种方法可以使气体很快进入纤芯区域，甚至可以实现实时监测，缺点是制作工艺复杂，并且HC-PCF 的结构遭到破坏。HC-PCF 作为气室已经在很多方面得到利用，例如高灵敏吸收性气体检测、自发辐射拉曼光谱、激光稳频等。
2004 年 T.Ritari 等人首次报道了空心光子晶体光纤在气体检测中的应用。他们利用加工的1米长空心PCF为气室，以LED为光源，测量了乙炔气体吸收带并与传统吸收气室的测量结果做了比较。这项工作的重要意义在于证明 PCF 可以作为强吸收气体（乙炔、氰化氢等）以及弱吸收气体（氨气、甲烷等）的传感器，与传统吸收传感器相比具有体积小、结构简单的优点。2006 年 R. Thapa 等人将丹麦 NKT 公司商品化的空心光子晶体光纤一端与普通单模光纤相熔接，另一端置于真空室测量了乙炔气体在近红外波段的饱和吸收谱线,进一步证明空心光子晶体光纤在气体传感上具有广泛应用前景。2008 年，A.M.Cubillas 等人报道了利用 HC-PCF 为气室，甲烷气体1300nm 和 1670nm 弱吸收带气体传感研究，得到 49ppmv 的检测灵敏度。Henningsen，J.等人利用空心光子晶体光纤做为气室测量了乙炔和氰化氢气体的饱和吸收光谱。
2010 年，Li Xuefeng 等人报道了一种快速反应的氨气光子晶体光纤传感器，优点在于利用在光子晶体光纤两端施加压力差的方式，加速了气体在光纤纤芯区域的流动。实验和理论研究均表明，这种方式确实比将 PCF 封在气室中填充气体快了许多。
同年，年 Patrick Tomas Marty等人又报道了一种 SF-PCF-MF 型光子晶体光纤气室，该气室的特点是 PCF 与普通光纤之间有 8 度夹角，可以有效减小光在 PCF 与普通光纤之间传播的菲涅尔反射。实验证明这种气室可以用于直接光谱吸收、腔增强吸收等气体传感等方面。Rosalind M. Wynne 报道了另外一种压力驱动的双端开口气室，该气体室做成的传感器响应时间可以小于一分钟，有望实现实时测量。
另外，由于许多气体，尤其是大分子气体在中红外波段有很强的吸收。中红外光子晶体光纤光谱吸收型气体检测方面也有许多有意义的尝试。2005 年，J.D.Shephard 等人首次报道了 3μm 附近单模近红外波段带隙型光子晶体光纤，优化后传输损耗小于 1dB/m，并指出这种光子晶体光纤在生物、化学传感上有广泛。2006 年，N.Gayraud 等人利用这种光纤首次实现全硅光纤 3μm 以上（3.2μm）甲烷气体吸收光谱的测量。2008 年，Nicolas Gayraud 等人利用飞秒激光参量震荡产生的闲频光作为光源，中红外光子晶体光纤为气室，红外傅里叶光谱仪为检测仪器，实现甲烷 1000ppm 灵敏度传感。
景磊 ．新型光子晶体光纤气体传感器研究 ：天津大学 ，2012
中国电子学会（Chinese Instit...
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