光子晶体光纤气体吸收光谱探测技术研究进展

李 晋，闫 浩，孟 杰

（1.东北大学 信息科学与工程学院，辽宁 沈阳110819；2.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室，吉林长春130033；3.河北省微纳精密光学传感与测量技术重点实验室，河北 秦皇岛066004）

1 引 言

冶金化工、煤矿和石油化工领域中，对易燃易爆危险气体预混测试、环境实时监测、浓度控制及早期预警对生产安全和生命财产保障至关重要［1］。低功耗、结构紧凑、本质安全、高性能的气体传感技术在工业生产过程监测和环境污染治理方面的需求极为迫切。基于石英音叉和声表面波的声光光谱技术、半导体纳米材料的催化吸收和阻抗变化、材料增敏微机电系统（Micro-Electromechanical System，MEMS）和纳机电系统（Nano-Electromechanical System，NEMS）、光子晶体（Photonics Crystal，PC）微腔和光纤传感技术在气体探测方面均表现出了优异的性能和产品化的潜力［2-4］。特别是激光光谱、光纤传感等光学技术，更有利于在易燃易爆、高温有害等苛刻环境条件下实现对气体的原位、实时和组网监测［5］。激光吸收光谱技术除了可用于近海海面、大气环境及工况空间等大尺寸区域内气体浓度的遥感探测，还可实现对特定位置气体浓度和组分的原位检测和分析［6］。通过光纤传导和激光信号收集，能极大地简化气体光谱检测系统［7］。光子晶体光纤（Photonics Crystal Fiber，PCF）具备周期性空气孔洞，在高效传输光信号的同时，也为气体激光吸收光谱检测提供了天然气池，可以基于吸收光谱、拉曼光谱、光热光谱及声光光谱等机理实现气体探测［8］。比尔-朗伯……