基于氧化锌涂层无芯光纤的氨气传感器研究

作者：罗通; 黄怿; 邓传鲁; 胡程勇; 张小贝; 王廷云

来源：中国激光, 2022, 1-19.

• 传感器
• 无芯光纤
• 氧化锌
• 氨气测量
• 温度

为实现大气污染物中氨气（Ammonia,NH_3）的快速、准确测量，本文研究了一种基于氧化锌（Zinc oxide,ZnO）镀层单模-无芯-单模（Singlemode-No-Core-Singlemode,SNS）光纤结构的高灵敏度NH_3传感器，该传感器利用ZnO膜层对NH_3吸附而导致自身折射率改变、进而造成无芯光纤干涉谱谐振波长的变化特性，并通过建立NH_3浓度与谐振波长偏移的关系，最终实现NH_3浓度检测。理论上，基于模式传输理论仿真分析了ZnO涂层的SNS传感器的光谱特性，当ZnO膜层折射率从1.929变化至1.889时，60 nm和130 nm ZnO膜厚下SNS传感器的灵敏度分别为11.8 nm/RIU和28.6 nm/RIU。实验制备了ZnO膜厚为60nm和130 nm的SNS传感器，在0～42 ppm的NH_3浓度下其灵敏度相差不大，主要由ZnO对NH_3的吸附饱和性所致；进一步分析获得60 nm ZnO膜厚下SNS传感器平均灵敏度为16.87 pm/ppm，检测限为6.6 ppm，响应时间和恢复时间分别为70 s和90 s；此外，在温度16.5～56℃内其NH_3检测灵敏度降低至7.57 pm/ppm，温度和时间对检测限的影响分别为0.0237 ppm/℃和0.026 ppm/day，具有较好的稳定性。

• 单位
  通信与信息工程学院; 上海大学