高灵敏集成光波导气体传感器及其应用研究

A compound waveguide gas sensor and its sensor chip are fabricated by combining inorganic and organic materials based on a multi-layer planar waveguide. The waveguide sensor structure and the used materials will be improved and optimized, and its sensitivity is enhanced by a systematic investigation on the sensoring process of the waveguide sensor and the interaction between the waveguide sensoring material and the incoming gas. A ppm sensitivity of the waveguide sensor will be achieved and its selection to targeting gas will be improved, which an integrated waveguide gas sensor with an intelligent detection is fabricated to monitor harmful gas in testing ground.

以多层平面光波导为基本单元，结合无机和有机材料的优势特性，用光集成制作复合型多层光波导气体传感器及其芯片。在深入、系统地研究光波导气体传感器的传感过程，传感器有机敏感层与探测气体相互作用机制的基础上，通过优化多层光波导的结构和组成材料，增大光波导传感器上下两个光通道间的性质差异，加强传感器有机敏感层与被探测有机气体的相互作用，使集成光波导气体传感器的探测灵敏度达到百万分之一（ppm）的水平，有效地提高探测指向性。在此基础上研制接近实用化的智能集成光波导气体传感器。

近年来实践应用中，国内外对高灵敏气体传感器的需求日益强烈，围绕本项目研究的中心任务“高灵敏集成光波导气体传感器及其应用研究”，我们利用平面光波导作为构件，研究了多层平面光波导传感系统的特性，制备出集成光波导气体传感器芯片，探索了气体的检测能力，传感器芯片的探测灵敏度可达约 200ppm水平，尤其是复合型气体传感器有望能有效地提升检测灵敏度。本项目的工作为进一步开展光子集成器件制作，芯片式气体传感器的研究工作打下了基础，提供了有效的参考。