Research progress of gas absorption spectrum detection technology based on photonic crystal fiber

Jin LI; Hao YAN; Jie MENG

doi:10.37188/OPE.2021.0021

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Research progress of gas absorption spectrum detection technology based on photonic crystal fiber

Modern Applied Optics | 更新时间：2021-11-01

- Research progress of gas absorption spectrum detection technology based on photonic crystal fiber
- Optics and Precision Engineering Vol. 29, Issue 10, Pages: 2316-2329(2021)
- 作者机构：
  
  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
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.37188/OPE.2021.0021
  CLC： TN253
- Received：10 January 2021，
  
  Revised：26 February 2021，
  
  Published：15 October 2021
- 稿件说明：
移动端阅览
李晋,闫浩,孟杰.光子晶体光纤气体吸收光谱探测技术研究进展[J].光学精密工程,2021,29(10):2316-2329.

LI Jin,YAN Hao,MENG Jie.Research progress of gas absorption spectrum detection technology based on photonic crystal fiber[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(10):2316-2329.
李晋,闫浩,孟杰.光子晶体光纤气体吸收光谱探测技术研究进展[J].光学精密工程,2021,29(10):2316-2329. DOI： 10.37188/OPE.2021.0021.

LI Jin,YAN Hao,MENG Jie.Research progress of gas absorption spectrum detection technology based on photonic crystal fiber[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(10):2316-2329. DOI： 10.37188/OPE.2021.0021.

摘要

为了研制结构紧凑、低功耗和本质安全的激光吸收光谱气体检测系统，光子晶体光纤气体检测技术受到广泛关注。通过对光子晶体光纤结构参数的优化，可将90%以上的光场模式束缚在纤芯附近，从而将气体检测的相对灵敏度提升到60%以上，限制损耗降低到10

dB/m。对光学模式的调控依赖于纤芯微结构参数和包层光子晶体空气孔的阵列排布的优化，以期获得更高的相对检测灵敏度和更低的光学损耗；接着，针对端头反射式、光纤光栅波长调制型和不同光纤复合型的气体检测技术进行了分析。端头反射式结构最为简单，然而难以保证气体分子的高效交换。结合Bragg光栅和长周期光栅等特种光纤结构可以构建光学谐振腔，有效增强光信号与气体分子的吸收光程。结合不同类型光纤和气体敏感材料的复合光纤结构气体探头的设计，极大地优化了气体传感的选择性和灵敏度等特性。延长光纤至1 m以上，或采用环形嵌入方式可有效增加光程，获得10

量级的检测限。掺铒光纤的引入可有效补偿光纤环内的光学损耗。最后，分析了多孔环形和柚子型等大空芯直径光子晶体光纤的气体检测性能和未来研究方向。针对光子晶体光纤气体激光光谱吸收检测技术，未来需要在性能优化、系统集成和环境适应性方面开展研究，从而为冶金化工等行业中危险气体实时监测仪器的研制提供技术保障。

Abstract

Photonic crystal fiber gas detection technology is of particular interest for developing a compact， low power consumption， and intrinsically safe laser absorption spectrum gas detection system. First， by optimizing the structural parameters of photonic crystal fibers， over 90% of the optical field modes can be bound near the fiber core， and the relative gas detection sensitivity can be increased to more than 60%. Further， the limitation loss is reduced to 10

dB/m. To obtain higher relative detection sensitivity and lower optical loss， the optical mode can be optimized by adjusting the core microstructure parameters and the array arrangement of the cladding photonic crystal air holes. Then， the gas detection technologies of the end reflection type， fiber grating wavelength modulation type， and different fiber composite types are analyzed. However， it is difficult to ensure the efficient exchange of gas molecules. Combined with special fiber structures such as Bragg grating and long-period grating， an optical resonator can be constructed to effectively enhance the absorption path of optical signal and gas molecules. The design of a composite optical fiber gas probe with different types of optical fiber and gas sensing materials significantly optimizes the selectivity and sensitivity of gas sensing. The optical path can be increased effectively by expanding the optical fiber to

1 m or using the ring embedding method， resulting in a detection limit up to the ppb level. Moreover， the introduction of erbium-doped fiber can effectively compensate for the optical loss in the fiber ring. Finally， the gas detection performance and future research direction of the porous ring and grapefruit photonic crystal fiber with a large hollow core diameter are analyzed. In the future， to provide technical support for the development of real-time monitoring instruments for hazardous gases in metallurgical and chemical industries， it is necessary to research the performance optimization， system integration， and environmental adaptability of photonic crystal fiber gas laser absorption detection technology.

关键词

Keywords

references

胡洋，尹尚先， ARNTZENJ B ，等 . 矿井瓦斯/空气预混气体爆燃的激光纹影测试系统设计［J］. 光学精密工程， 2019 ， 27 （ 5 ）： 1045 - 1051 . doi: 10.3788/ope.20192705.1045 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20192705.1045

HU Y ， YIN SH X ， ARNTZENJ B ， et al . Design of laser schlieren test system for mine gas/air premixed gas deflagration ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2019 ， 27 （ 5 ）： 1045 - 1051 . （in Chinese） . doi: 10.3788/ope.20192705.1045 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20192705.1045

NAZEMI H ， JOSEPH A ， PARK J ， et al . Advanced micro- and nano-gas sensor technology： a review ［J］. Sensors ， 2019 ， 19 （ 6 ）： 1285 . doi: 10.3390/s19061285 http://dx.doi.org/10.3390/s19061285

QIN X ， FENG W L ， YANG X Z ， et al . Molybdenum sulfide/citric acid composite membrane-coated long period fiber grating sensor for measuring trace hydrogen sulfide gas ［J］. Sensors and Actuators B： Chemical ， 2018 ， 272 ： 60 - 68 . doi: 10.1016/j.snb.2018.05.152 http://dx.doi.org/10.1016/j.snb.2018.05.152

LI J ， YAN H ， DANG H T ， et al . Structure design and application of hollow core microstructured optical fiber gas sensor： a review ［J］. Optics & Laser Technology ， 2021 ， 135 ： 106658 . doi: 10.1016/j.optlastec.2020.106658 http://dx.doi.org/10.1016/j.optlastec.2020.106658

王书涛，王昌冰，潘钊，等 . 光学技术在气体浓度检测中的应用［J］. 光电工程， 2017 ， 44 （ 9 ）： 862 - 871， 939 . doi: 10.3969/j.issn.1003-501X.2017.09.002 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1003-501X.2017.09.002

WANG SH T ， WANG CH B ， PAN ZH ， et al . Applications of optical technology in gas concentration detection ［J］. Opto-Electronic Engineering ， 2017 ， 44 （ 9 ）： 862 - 871， 939 . （in Chinese） . doi: 10.3969/j.issn.1003-501X.2017.09.002 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1003-501X.2017.09.002

李明星，陈兵，阮俊，等 . 近海大尺度区域二氧化碳的激光在线探测技术［J］. 光学精密工程， 2020 ， 28 （ 7 ）： 1424 - 1432 . doi: 10.37188/OPE.20202807.1424 http://dx.doi.org/10.37188/OPE.20202807.1424

LI M X ， CHEN B ， RUAN J ， et al . On-line detection of carbon dioxide in large scale offshore by laser technology ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2020 ， 28 （ 7 ）： 1424 - 1432 . （in Chinese） . doi: 10.37188/OPE.20202807.1424 http://dx.doi.org/10.37188/OPE.20202807.1424

穆青青，刘晓波，刘伟 . 多层Au-Pd核壳纳米颗粒膜增敏的光纤氢气传感器［J］. 光学精密工程， 2019 ， 27 （ 8 ）： 1681 - 1687 . doi: 10.3788/ope.20192708.1681 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20192708.1681

MU Q Q ， LIU X B ， LIU W . Sensitivity-enhanced optical fiber hydrogen sensor based on multilayer Au-Pd core-shell nanoparticle film ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2019 ， 27 （ 8 ）： 1681 - 1687 . （in Chinese） . doi: 10.3788/ope.20192708.1681 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20192708.1681

YU R W ， CHEN Y X ， SHUI L L ， et al . Hollow-core photonic crystal fiber gas sensing ［J］. Sensors ， 2020 ， 20 （ 10 ）： 2996 . doi: 10.3390/s20102996 http://dx.doi.org/10.3390/s20102996

阴亚芳，周圆，杨祎，等 . 基于光子晶体光纤的气体传感系统设计与实现［J］. 半导体光电， 2015 ， 36 （ 5 ）： 811 - 814 . doi: JournalArticle/5b3c0490c095d70f00a05e38 http://dx.doi.org/JournalArticle/5b3c0490c095d70f00a05e38

YIN Y F ， ZHOU Y ， YANG Y ， et al . Design and implementation of gas sensing system based on photonic crystal fiber ［J］. Semiconductor Optoelectronics ， 2015 ， 36 （ 5 ）： 811 - 814 . （in Chinese） . doi: JournalArticle/5b3c0490c095d70f00a05e38 http://dx.doi.org/JournalArticle/5b3c0490c095d70f00a05e38

OLYAEE S ， NARAGHI A . Design and optimization of index-guiding photonic crystal fiber gas sensor ［J］. Photonic Sensors ， 2013 ， 3 （ 2 ）： 131 - 136 . doi: 10.1007/s13320-013-0096-5 http://dx.doi.org/10.1007/s13320-013-0096-5

EBNALI-HEIDARI M ， KOOHI-KAMALI F ， EBNALI-HEIDARI A ， et al . Designing tunable microstructure spectroscopic gas sensor using optofluidic hollow-core photonic crystal fiber ［J］. IEEE Journal of Quantum Electronics ， 2014 ， 50 （ 12 ）： 1 - 8 . doi: 10.1109/jqe.2014.2362353 http://dx.doi.org/10.1109/jqe.2014.2362353

QIN J Y ， ZHU B ， DU Y ， et al . Terahertz detection of toxic gas using a photonic crystal fiber ［J］. Optical Fiber Technology ， 2019 ， 52 ： 101990 . doi: 10.1016/j.yofte.2019.101990 http://dx.doi.org/10.1016/j.yofte.2019.101990

RIFAT A A ， AHMED R ， YETISEN A K ， et al . Photonic crystal fiber based plasmonic sensors ［J］. Sensors and Actuators B： Chemical ， 2017 ， 243 ： 311 - 325 . doi: 10.1016/j.snb.2016.11.113 http://dx.doi.org/10.1016/j.snb.2016.11.113

刘盼，张天舒，范广强，等 . 气体受激拉曼散射系统的分析与优化［J］. 光学精密工程， 2019 ， 27 （ 12 ）： 2509 - 2516 . doi: 10.3788/OPE.20192712.2509 http://dx.doi.org/10.3788/OPE.20192712.2509

LIU P ， ZHANG T SH ， FAN G Q ， et al . Analysis and optimization of gas stimulated Raman scattering system ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2019 ， 27 （ 12 ）： 2509 - 2516 . （in Chinese） . doi: 10.3788/OPE.20192712.2509 http://dx.doi.org/10.3788/OPE.20192712.2509

KONOROV S O ， ZHELTIKOV A M ， SCALORA M . Photonic-crystal fiber as a multifunctional optical sensor and sample collector ［J］. Optics Express ， 2005 ， 13 （ 9 ）： 3454 - 3459 . doi: 10.1364/opex.13.003454 http://dx.doi.org/10.1364/opex.13.003454

JOCHUM T ， RAHAL L ， SUCKERT R J ， et al . All-in-one： a versatile gas sensor based on fiber enhanced Raman spectroscopy for monitoring postharvest fruit conservation and ripening ［J］. The Analyst ， 2016 ， 141 （ 6 ）： 2023 - 2029 . doi: 10.1039/c5an02120k http://dx.doi.org/10.1039/c5an02120k

DE M ， GANGOPADHYAY T K ， SINGH V K . Prospects of photonic crystal fiber for analyte sensing applications： an overview ［J］. Measurement Science and Technology ， 2020 ， 31 （ 4 ）： 042001 . doi: 10.1088/1361-6501/ab4c10 http://dx.doi.org/10.1088/1361-6501/ab4c10

WANG Q ， WU D ， BAI L ， et al . Improved sensitivity of a photonic crystal fiber evanescent-wave gas sensor ［J］. Instrumentation Science & Technology ， 2013 ， 41 （ 2 ）： 202 - 211 . doi: 10.1080/10739149.2012.723230 http://dx.doi.org/10.1080/10739149.2012.723230

ISLAM M I ， AHMED K ， SEN S ， et al . Design and optimization of photonic crystal fiber based sensor for gas condensate and air pollution monitoring ［J］. Photonic Sensors ， 2017 ， 7 （ 3 ）： 234 - 245 . doi: 10.1007/s13320-017-0404-6 http://dx.doi.org/10.1007/s13320-017-0404-6

MORSHED M ， HASSAN M I ， ROY T K ， et al . Microstructure core photonic crystal fiber for gas sensing applications ［J］. Applied Optics ， 2015 ， 54 （ 29 ）： 8637 - 8643 . doi: 10.1364/ao.54.008637 http://dx.doi.org/10.1364/ao.54.008637

顾雯雯，赵建林，崔莉，等 . 光子晶体光纤气体传感灵敏度的有限差分法分析［J］. 光子学报， 2007 ， 36 （ 1 ）： 94 - 98 . doi: 10.1016/S1001-6058(07)60030-4 http://dx.doi.org/10.1016/S1001-6058(07)60030-4

GU W W ， ZHAO J L ， CUI L ， et al . Analyzing the sensitivity of a novel gas sensor based on photonic crystal fiber using finite-difference method ［J］. Acta Photonica Sinica ， 2007 ， 36 （ 1 ）： 94 - 98 . （in Chinese） . doi: 10.1016/S1001-6058(07)60030-4 http://dx.doi.org/10.1016/S1001-6058(07)60030-4

MORSHED M ， ASADUZZAMAN S ， ARIF M F H ， et al . Proposal of simple gas sensor based on micro structure optical fiber ［C］. 2015 International Conference on Electrical Engineering and Information Communication Technology （ICEEICT）. 2123，2015 ， Savar， Bangladesh. IEEE ， 2015 ： 1 - 5 . doi: 10.1109/iceeict.2015.7307400 http://dx.doi.org/10.1109/iceeict.2015.7307400

NARAGHI A ， OLYAEE S ， NAJIBI A ， et al . Photonic crystal fiber gas sensor for using in optical network protection systems ［C］. Proceedings of the 2013 18th European Conference on Network and Optical Communications & 2013 8th Conference on Optical Cabling and Infrastructure （NOC-OC&I）. 1012，2013 ， Graz， Austria. IEEE ， 2013 ： 175 - 180 . doi: 10.1109/noc-oci.2013.6582886 http://dx.doi.org/10.1109/noc-oci.2013.6582886

MORSHED M ， HASAN M I ， RAZZAK S M A . Enhancement of the sensitivity of gas sensor based on microstructure optical fiber ［J］. Photonic Sensors ， 2015 ， 5 （ 4 ）： 312 - 320 . doi: 10.1007/s13320-015-0247-y http://dx.doi.org/10.1007/s13320-015-0247-y

ISLAM I ， PAUL B K ， AHMED K ， et al . Highly birefringent single mode spiral shape photonic crystal fiber based sensor for gas sensing applications ［J］. Sensing and Bio-Sensing Research ， 2017 ， 14 ： 30 - 38 . doi: 10.1016/j.sbsr.2017.04.001 http://dx.doi.org/10.1016/j.sbsr.2017.04.001

IBADUL ISLAM M ， AHMED K ， ASADUZZAMAN S ， et al . Design of single mode spiral photonic crystal fiber for gas sensing applications ［J］. Sensing and Bio-Sensing Research ， 2017 ， 13 ： 55 - 62 . doi: 10.1016/j.sbsr.2017.03.001 http://dx.doi.org/10.1016/j.sbsr.2017.03.001

RABEE A S H ， HAMEED M F O ， HEIKAL A M ， et al . Highly sensitive photonic crystal fiber gas sensor ［J］. Optik ， 2019 ， 188 ： 78 - 86 . doi: 10.1016/j.ijleo.2019.05.044 http://dx.doi.org/10.1016/j.ijleo.2019.05.044

PAUL B K ， AHMED K ， DHASARATHAN V ， et al . Investigation of gas sensor based on differential optical absorption spectroscopy using photonic crystal fiber ［J］. Alexandria Engineering Journal ， 2020 ， 59 （ 6 ）： 5045 - 5052 . doi: 10.1016/j.aej.2020.09.030 http://dx.doi.org/10.1016/j.aej.2020.09.030

PAUL B K ， RAJESH E ， ASADUZZAMAN S ， et al . Design and analysis of slotted core photonic crystal fiber for gas sensing application ［J］. Results in Physics ， 2018 ， 11 ： 643 - 650 . doi: 10.1016/j.rinp.2018.10.004 http://dx.doi.org/10.1016/j.rinp.2018.10.004

AUSTIN E ， BRAKEL AVAN ， PETROVICH M N ， et al . Fibre optical sensor for C 2 H 2 gas using gas-filled photonic bandgap fibre reference cell ［J］. Sensors and Actuators B： Chemical ， 2009 ， 139 （ 1 ）： 30 - 34 . doi: 10.1016/j.snb.2008.07.028 http://dx.doi.org/10.1016/j.snb.2008.07.028

唐娅荔，杨伯君 . 用于CO传感的空芯带隙型光子晶体光纤的研究［J］. 半导体光电， 2010 ， 31 （ 4 ）： 648 - 651 .

TANG Y L ， YANG B J . Research on the hollow core photonic bandgap fiber for CO gas sensor ［J］. Semiconductor Optoelectronics ， 2010 ， 31 （ 4 ）： 648 - 651 . （in Chinese）

程同蕾，李曙光，周桂耀，等 . 空芯光子晶体光纤纤芯中的功率分数及其带隙特性［J］. 中国激光， 2007 ， 34 （ 2 ）： 249 - 254 . doi: 10.3321/j.issn:0258-7025.2007.02.021 http://dx.doi.org/10.3321/j.issn:0258-7025.2007.02.021

CHENG T L ， LI SH G ， ZHOU G Y ， et al . Relation between power fraction in the core of hollow-core photonic crystal fibers and their bandgap property ［J］. Chinese Journal of Lasers ， 2007 ， 34 （ 2 ）： 249 - 254 . （in Chinese） . doi: 10.3321/j.issn:0258-7025.2007.02.021 http://dx.doi.org/10.3321/j.issn:0258-7025.2007.02.021

ARMAN H ， OLYAEE S . Improving the sensitivity of the HC-PBF based gas sensor by optimization of core size and mode interference suppression ［J］. Optical and Quantum Electronics ， 2020 ， 52 （ 9 ）： 1 - 10 . doi: 10.1007/s11082-020-02538-8 http://dx.doi.org/10.1007/s11082-020-02538-8

ASADUZZAMAN S ， AHMED K . Proposal of a gas sensor with high sensitivity， birefringence and nonlinearity for air pollution monitoring ［J］. Sensing and Bio-Sensing Research ， 2016 ， 10 ： 20 - 26 . doi: 10.1016/j.sbsr.2016.06.001 http://dx.doi.org/10.1016/j.sbsr.2016.06.001

PARK J ， LEE S ， KIM S ， et al . Enhancement of chemical sensing capability in a photonic crystal fiber with a hollow high index ring defect at the center ［J］. Optics Express ， 2011 ， 19 （ 3 ）： 1921 - 1929 . doi: 10.1364/oe.19.001921 http://dx.doi.org/10.1364/oe.19.001921

OLYAEE S ， NARAGHI A ， AHMADI V . High sensitivity evanescent-field gas sensor based on modified photonic crystal fiber for gas condensate and air pollution monitoring ［J］. Optik ， 2014 ， 125 （ 1 ）： 596 - 600 . doi: 10.1016/j.ijleo.2013.07.047 http://dx.doi.org/10.1016/j.ijleo.2013.07.047

钱晓龙，张亚男，彭慧杰，等 . 基于空芯光子晶体光纤的反射式气体传感器［J］. 东北大学学报：自然科学版， 2017 ， 38 （ 12 ）： 1673 - 1676 . doi: 10.12068/j.issn.1005-3026.2017.12.001 http://dx.doi.org/10.12068/j.issn.1005-3026.2017.12.001

QIAN X L ， ZHANG Y N ， PENG H J ， et al . Reflective gas sensor based on hollow core photonic crystal fiber ［J］. Journal of Northeastern University： Natural Science ， 2017 ， 38 （ 12 ）： 1673 - 1676 . （in Chinese） . doi: 10.12068/j.issn.1005-3026.2017.12.001 http://dx.doi.org/10.12068/j.issn.1005-3026.2017.12.001

CHOUDHARY R , SINGH A , BHATNAGAR R . Hollow core photonic crystal fiber based methane gas sensor [C]. Proceedings of the 13th International Conference on Fiber Optics and Photonics , 482016 , Kanpur, India , Optical Society of America , 2016 : W3A.75 . doi: 10.1364/photonics.2016.w3a.75 http://dx.doi.org/10.1364/photonics.2016.w3a.75

侯建平，宁韬，盖双龙，等 . 基于光子晶体光纤模间干涉的折射率测量灵敏度分析［J］. 物理学报， 2010 ， 59 （ 7 ）： 4732 - 4737 . doi: 10.7498/aps.59.4732 http://dx.doi.org/10.7498/aps.59.4732

HOU J P ， NING T ， GAI SH L ， et al . Sensitivity analysis of refractive index measurement based on intermodal interference in photonic crystal fiber ［J］. Acta Physica Sinica ， 2010 ， 59 （ 7 ）： 4732 - 4737 . （in Chinese） . doi: 10.7498/aps.59.4732 http://dx.doi.org/10.7498/aps.59.4732

VILLATORO J ， KREUZER M P ， JHA R ， et al . Photonic crystal fiber interferometer for chemical vapor detection with high sensitivity ［J］. Optics Express ， 2009 ， 17 （ 3 ）： 1447 - 1453 . doi: 10.1364/oe.17.001447 http://dx.doi.org/10.1364/oe.17.001447

于永芹，欧召芳，李学金，等 . 基于悬芯光子晶体光纤内反射型的挥发性有机物的传感特性研究［J］. 中国科技论文， 2015 ， 10 （ 17 ）： 2018 - 2021 . doi: 10.3969/j.issn.2095-2783.2015.17.007 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.2095-2783.2015.17.007

YU Y Q ， OU ZH F ， LI X J ， et al . Volatile organic compounds sensing properties of in-reflection sensor based on suspended-core photonic crystal fiber ［J］. China Sciencepaper ， 2015 ， 10 （ 17 ）： 2018 - 2021 . （in Chinese） . doi: 10.3969/j.issn.2095-2783.2015.17.007 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.2095-2783.2015.17.007

ZHOU F ， QIU S J ， LUO W ， et al . An all-fiber reflective hydrogen sensor based on a photonic crystal fiber in-line interferometer ［J］. IEEE Sensors Journal ， 2014 ， 14 （ 4 ）： 1133 - 1136 . doi: 10.1109/jsen.2013.2293347 http://dx.doi.org/10.1109/jsen.2013.2293347

潘崇麟，惠小强，张涪梅 . 用光子晶体光纤光栅实现温度、应力和气体浓度的同时传感［J］. 应用光学， 2013 ， 34 （ 2 ）： 374 - 380 . doi: 10.5768/JAO201334.0208003 http://dx.doi.org/10.5768/JAO201334.0208003

PAN CH L ， XI X Q ， ZHANG F M . Using photonic crystal fiber grating sensor to measure temperature， strain and gas concentration simultaneously ［J］. Journal of Applied Optics ， 2013 ， 34 （ 2 ）： 374 - 380 . （in Chinese） . doi: 10.5768/JAO201334.0208003 http://dx.doi.org/10.5768/JAO201334.0208003

石立超，张巍，金杰，等 . 中红外空心Bragg光纤的制备及在气体传感中的应用［J］. 物理学报， 2012 ， 61 （ 5 ）： 054214 . doi: 10.7498/aps.61.054214 http://dx.doi.org/10.7498/aps.61.054214

SHI L CH ， ZHANG W ， JIN J ， et al . Fabrication of mid-infrared hollow-core Bragg fiber and it application in gas sensing ［J］. Acta Physica Sinica ， 2012 ， 61 （ 5 ）： 054214 . （in Chinese） . doi: 10.7498/aps.61.054214 http://dx.doi.org/10.7498/aps.61.054214

YAN G F ， ZHANG A ， MA G Y ， et al . Fiber-optic acetylene gas sensor based on microstructured optical fiber Bragg gratings ［J］. IEEE Photonics Technology Letters ， 2011 ， 23 （ 21 ）： 1588 - 1590 . doi: 10.1109/lpt.2011.2164575 http://dx.doi.org/10.1109/lpt.2011.2164575

ZHONG X Y ， WANG Y P ， LIAO C R ， et al . Temperature-insensitivity gas pressure sensor based on inflated long period fiber grating inscribed in photonic crystal fiber ［J］. Optics Letters ， 2015 ， 40 （ 8 ）： 1791 - 1794 . doi: 10.1364/ol.40.001791 http://dx.doi.org/10.1364/ol.40.001791

ZHENG S J ， GHANDEHARI M ， OU J P . Photonic crystal fiber long-period grating absorption gas sensor based on a tunable erbium-doped fiber ring laser ［J］. Sensors and Actuators B： Chemical ， 2016 ， 223 ： 324 - 332 . doi: 10.1016/j.snb.2015.09.083 http://dx.doi.org/10.1016/j.snb.2015.09.083

单亚锋，孙朋，徐耀松 . 基于PCF的气体传感技术在瓦斯监测中的应用［J］. 传感器与微系统， 2013 ， 32 （ 8 ）： 142 - 145 . doi: 10.3969/j.issn.1000-9787.2013.08.041 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1000-9787.2013.08.041

SHAN Y F ， SUN P ， XU Y S . Application of gas sensing technology in gas monitoring based on PCF ［J］. Transducer and Microsystem Technologies ， 2013 ， 32 （ 8 ）： 142 - 145 . （in Chinese） . doi: 10.3969/j.issn.1000-9787.2013.08.041 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1000-9787.2013.08.041

刘敏，冯德玖，冯文林 . 基于无芯-多模-无芯光纤结构的硫化氢气体传感性质研究［J］. 光学学报， 2019 ， 39 （ 10 ）： 134 - 139 . doi: 10.3788/aos201939.1006007 http://dx.doi.org/10.3788/aos201939.1006007

LIU M ， FENG D J ， FENG W L . Properties of hydrogen sulfide gas sensor based on no-core-multimode-no-core fiber structure ［J］. Acta Optica Sinica ， 2019 ， 39 （ 10 ）： 134 - 139 . （in Chinese） . doi: 10.3788/aos201939.1006007 http://dx.doi.org/10.3788/aos201939.1006007

冯序，杨晓占，黄国家，等 . 基于铜离子沉积石墨烯涂层锥形光子晶体光纤的硫化氢传感器［J］. 光子学报， 2017 ， 46 （ 9 ）： 0923002 . doi: 10.3788/gzxb20174609.0923002 http://dx.doi.org/10.3788/gzxb20174609.0923002

FENG X ， YANG X ZH ， HUANG G J ， et al . Hydrogen sulfide gas sensor based on Cu ion-deposited graphene-coated tapered photonic crystal fiber ［J］. Acta Photonica Sinica ， 2017 ， 46 （ 9 ）： 0923002 . （in Chinese） . doi: 10.3788/gzxb20174609.0923002 http://dx.doi.org/10.3788/gzxb20174609.0923002

FENG X ， FENG W L ， TAO C Y ， et al . Hydrogen sulfide gas sensor based on graphene-coated tapered photonic crystal fiber interferometer ［J］. Sensors and Actuators B： Chemical ， 2017 ， 247 ： 540 - 545 . doi: 10.1016/j.snb.2017.03.070 http://dx.doi.org/10.1016/j.snb.2017.03.070

黄国家，彭志清，杨晓占，等 . 基于纳米铜/石墨烯包覆光子晶体光纤的硫化氢气体传感性能研究［J］. 光子学报， 2019 ， 48 （ 3 ）： 0306001 . doi: 10.3788/gzxb20194803.0306001 http://dx.doi.org/10.3788/gzxb20194803.0306001

HUANG G J ， PENG ZH Q ， YANG X ZH ， et al . Sensing performance of hydrogen sulfide gas based on Cu/graphene composite membrane coated photonic crystal fiber ［J］. Acta Photonica Sinica ， 2019 ， 48 （ 3 ）： 0306001 . （in Chinese） . doi: 10.3788/gzxb20194803.0306001 http://dx.doi.org/10.3788/gzxb20194803.0306001

QUAN M R ， TIAN J J ， YAO Y . Ultra-high sensitivity Fabry-Perot interferometer gas refractive index fiber sensor based on photonic crystal fiber and Vernier effect ［J］. Optics Letters ， 2015 ， 40 （ 21 ）： 4891 - 4894 . doi: 10.1364/ol.40.004891 http://dx.doi.org/10.1364/ol.40.004891

HE Q X ， DANG P P ， LIU Z W ， et al . TDLAS-WMS based near-infrared methane sensor system using hollow-core photonic crystal fiber as gas-chamber ［J］. Optical and Quantum Electronics ， 2017 ， 49 （ 3 ）： 1 - 11 . doi: 10.1007/s11082-017-0946-2 http://dx.doi.org/10.1007/s11082-017-0946-2

LEHMANN H ， BARTELT H ， WILLSCH R ， et al . In-line gas sensor based on a photonic bandgap fiber with laser-drilled lateral microchannels ［J］. IEEE Sensors Journal ， 2011 ， 11 （ 11 ）： 2926 - 2931 . doi: 10.1109/jsen.2011.2151184 http://dx.doi.org/10.1109/jsen.2011.2151184

HOO Y L ， JIN W ， SHI C Z ， et al . Design and modeling of a photonic crystal fiber gas sensor ［J］. Applied Optics ， 2003 ， 42 （ 18 ）： 3509 - 3515 . doi: 10.1364/ao.42.003509 http://dx.doi.org/10.1364/ao.42.003509

KASSANI S H ， PARK J ， JUNG Y ， et al . Fast response in-line gas sensor using C-type fiber and Ge-doped ring defect photonic crystal fiber ［J］. Optics Express ， 2013 ， 21 （ 12 ）： 14074 - 14083 . doi: 10.1364/oe.21.014074 http://dx.doi.org/10.1364/oe.21.014074

KASSANI S H ， KHAZAEINEZHAD R ， JUNG Y ， et al . Suspended ring-core photonic crystal fiber gas sensor with high sensitivity and fast response ［J］. IEEE Photonics Journal ， 2015 ， 7 （ 1 ）： 1 - 9 . doi: 10.1109/jphot.2015.2396121 http://dx.doi.org/10.1109/jphot.2015.2396121

YANG X ， CHANG A S P ， CHEN B ， et al . High sensitivity gas sensing by Raman spectroscopy in photonic crystal fiber ［J］. Sensors and Actuators B： Chemical ， 2013 ， 176 ： 64 - 68 . doi: 10.1016/j.snb.2012.09.004 http://dx.doi.org/10.1016/j.snb.2012.09.004

冯巧玲，姜萌，王学锋，等 . 基于空芯光子晶体光纤气体参考腔的高灵敏度氨气检测［J］. 中国激光， 2016 ， 43 （ 3 ）： 0305001 . doi: 10.3788/cjl201643.0305001 http://dx.doi.org/10.3788/cjl201643.0305001

FENG Q L ， JIANG M ， WANG X F ， et al . High sensitivity ammonia gas detection with hollow-core photonic bandgap fibers reference gas cavity ［J］. Chinese Journal of Lasers ， 2016 ， 43 （ 3 ）： 0305001 . （in Chinese） . doi: 10.3788/cjl201643.0305001 http://dx.doi.org/10.3788/cjl201643.0305001

王海宾，刘晔，王进祖，等 . 光纤型空芯光子晶体光纤低压CO 2 气体腔的制备［J］. 光学学报， 2013 ， 33 （ 7 ）： 45 - 49 . doi: 10.3788/AOS201333.0706007 http://dx.doi.org/10.3788/AOS201333.0706007

WANG H B ， LIU Y ， WANG J Z ， et al . Preparation of all-fiber low-pressure CO 2 gas cell based on hollow-core photonic crystal fiber ［J］. Acta Optica Sinica ， 2013 ， 33 （ 7 ）： 45 - 49 . （in Chinese） . doi: 10.3788/AOS201333.0706007 http://dx.doi.org/10.3788/AOS201333.0706007

JAWORSKI P ， KOZIOŁ P ， KRZEMPEK K ， et al . Antiresonant hollow-core fiber-based dual gas sensor for detection of methane and carbon dioxide in the near- and mid-infrared regions ［J］. Sensors ， 2020 ， 20 （ 14 ）： 3813 . doi: 10.3390/s20143813 http://dx.doi.org/10.3390/s20143813

ZHANG Y ， ZHANG M ， JIN W ， et al . Investigation of erbium-doped fiber laser intra-cavity absorption sensor for gas detection ［J］. Optics Communications ， 2004 ， 232 （ 1/2/3/4/5/6 ）： 295 - 301 . doi: 10.1016/j.optcom.2004.01.013 http://dx.doi.org/10.1016/j.optcom.2004.01.013

YANG X C ， DUAN L C ， ZHANG H W ， et al . Highly sensitive dual-wavelength fiber ring laser sensor for the low concentration gas detection ［J］. Sensors and Actuators B： Chemical ， 2019 ， 296 ： 126637 . doi: 10.1016/j.snb.2019.126637 http://dx.doi.org/10.1016/j.snb.2019.126637

ZHANG H W ， DUAN L C ， SHI W ， et al . Dual-point automatic switching intracavity-absorption photonic crystal fiber gas sensor based on mode competition ［J］. Sensors and Actuators B： Chemical ， 2017 ， 247 ： 124 - 128 . doi: 10.1016/j.snb.2017.03.007 http://dx.doi.org/10.1016/j.snb.2017.03.007

陆维佳，周佳琦，赵华新，等 . 波导式气体吸收池时间响应特性［J］. 光电工程， 2012 ， 39 （ 4 ）： 114 - 120 . doi: 10.3969/j.issn.1003-501X.2012.04.020 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1003-501X.2012.04.020

LU W J ， ZHOU J Q ， ZHAO H X ， et al . Characteristics of time response for waveguide absorption cell ［J］. Opto-Electronic Engineering ， 2012 ， 39 （ 4 ）： 114 - 120 . （in Chinese） . doi: 10.3969/j.issn.1003-501X.2012.04.020 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1003-501X.2012.04.020

GUI X ， LI Z Y ， WANG H H ， et al . Research on distributed gas detection based on hollow-core photonic crystal fiber ［J］. Sensors and Transducers ， 2014 ， 174 （ 7 ）： 14 - 20 .

KRZEMPEK K ， ABRAMSKI K ， NIKODEM M . Kagome hollow core fiber-based mid-infrared dispersion spectroscopy of methane at sub-ppm levels ［J］. Sensors （Basel， Switzerland）， 2019 ， 19 （ 15 ）： 3352 . doi: 10.3390/s19153352 http://dx.doi.org/10.3390/s19153352

YAO C Y ， XIAO L M ， GAO S F ， et al . Sub-ppm CO detection in a sub-meter-long hollow-core negative curvature fiber using absorption spectroscopy at 2.3 μm ［J］. Sensors and Actuators B： Chemical ， 2020 ， 303 ： 127238 . doi: 10.1016/j.snb.2019.127238 http://dx.doi.org/10.1016/j.snb.2019.127238

ZHAO P C ， ZHAO Y ， BAO H H ， et al . Mode-phase-difference photothermal spectroscopy for gas detection with an anti-resonant hollow-core optical fiber ［J］. Nature Communications ， 2020 ， 11 ： 847 . doi: 10.1038/s41467-020-14707-0 http://dx.doi.org/10.1038/s41467-020-14707-0

HÄNSEL A ， ADAMU A I ， MARKOS C ， et al . Integrated ammonia sensor using a telecom photonic integrated circuit and a hollow core fiber ［J］. Photonics ， 2020 ， 7 （ 4 ）： 93 . doi: 10.3390/photonics7040093 http://dx.doi.org/10.3390/photonics7040093

Views

735

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Supercontinuum spectrum in As₂S₃ photonic crystal fibers assisted with LiNbO₃ crystal rods

Design of 19-core photonic crystal fiber with low loss dispersion compensation in C + L band

Strain transmission and accuracy experiment on fiber Bragg grating small-diameter shape sensors

Flexible curvature sensor based on composite substrate

Related Author

Jie MENG

Hao YAN

Jin LI

HOU Shanglin

LIU Qingmin

DONG Jie

DUAN Bo

LEI Jingli

Related Institution

School of Science， Lanzhou University of Technology

School of Mechatronics Engineering and Automation, Shanghai University

College of Instrumentation Science and Photoelectric Engineering， Beijing Information Science and Technology University

College of Instrumentation Science and Photoelectric Engineering, Beijing Information Science and Technology University

Institute of Instrument Science and Optical Electronics Engineering, Beihang University

AI问答

Address：No.3888 Dong Nanhu Road, Changchun, Jilin, China Postal code：130033
Tel：0431-86176855 Email：gxjmgc@ciomp.ac.cn
Technical support is provided by Beijing Founder electronics co., LTD 吉ICP备11002662号-17 京公网安备11010802024621
It is recommended to read the content of this site in Chrome&IE9+. Please switch to extreme mode in browser 360.
Cookies We use cookies to help provide and enhance our service and tailor content. By continuing, you agree to the use of cookies.

⁰