KDYTT感器提供了可能。溶胶一凝胶薄膜由于其孔隙率高，相应的表面积也很大，对气体的敏感度和响应度高，特别适合于作气敏材料。当镀有半导体金属氧化物薄膜的长周期光纤光栅传感器暴露在外部气体中时，半导体表面能态将发生变化，引起膜层折射率的微小改变，进而引起透射峰的明显偏移。
本文建立了三包层长周期光纤光栅模型，通过计算确定了具有最佳灵敏度的长周期光纤光栅传感器薄膜光学参量（膜厚和折射率）及光栅结构参量，这对设计高灵敏度光纤光栅气敏传感器具有直观的指导意义。实验上选择半导体溶胶一凝胶（ｓｏｌ—ｇｅｌ）气敏薄膜作为传感层，通过光纤光栅包层上镀一层半导体ＳｎＯ：气敏薄膜，观察了镀有ＳｎＯ。薄膜的长周期光纤光栅传感器对乙醇（ＣｚＨ。ＯＨ）和甲烷（ＣＨ。）气体的响应情况。
２三包层长周期光纤光栅理论模型图１（ａ）和图１（ｂ）分别是三包层长周期光纤光栅薄膜传感器的结构和折射率分布示意图。已知纤芯半径为ａ。，包层半径为口：，薄膜层半径ａ。。薄膜厚度ｈ。一口。－－ａ。。芯层折射率行，，光栅区域的平均折射率改变量为ｄ，数量级为１０～。光栅长度Ｌ，一般为几个厘米。包层折射率投。，敏感薄膜折射率咒。，周围环境（气体）折射率ｍ。
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（ｂ）
图１三包层长周期光纤光栅气敏薄膜传感器模型。（ａ）结构模型，（ｂ）折射率分布模型Ｆｉｇ．１Ｔｒｉｐｌｅ—ｃｌａｄｌｏｎｇ－ｐｅｒｉｏｄｆｉｂｅｒｇｒａｔｉｎｇｇａｓ－ｓｅｎｓｉｔｉｖｅｆｉｌｍｍｏｄｅｌ．（ａ）Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｄｉａｇｒａｍ，（ｂ）ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅｉｎｄｅｘｐｒｏｆｉｌｅ若以光栅中点为ｚ轴原点，长周期光纤光栅的边谱的变化情况，从而达到检测物质的目的。
界条件如下：Ａ０。（ｚ一－－Ｌ／２）＝１，Ａｊ（ｚ一－－Ｌ／２）一０，
其中Ａ。（ｚ）、剧（ｚ）是纤芯导模和包层模的振幅，长周期光纤光栅的透射率定义为［７］
Ｔ—Ａ。（Ｌ／２）／Ａ。（一Ｌ／２）．（１）当敏感膜层的性能随外界环境发生微小变化时，会引起透射谱曲线的变化，为了表征气体传感器灵敏度的高低，定义透射率Ｔ的梯度与传感膜层折射率，ｚ。梯度之比的绝对值Ｓ。：
ｓ。一ｆ篆讣㈤为传感器对膜层折射率的灵敏度。由于包层模式传播常量与薄膜的厚度、折射率有关，透射谱中的场分量与传播常量有关，因此Ｓ。是膜层光学参量的多元函数，与薄膜折射率、薄膜
厚度、入射光波波长、光栅周期和光栅长度有关。丝绵机
依据耦合模理论口￣９］，计算Ｓ。随着薄膜参量变化的函数关系，进一步采用最优化数值方法，通过分析透射谱与薄膜厚度和折射率的关系，寻传感器膜层的最佳光学参量。根据所采用的膜层参量，选取一定的波长，使其工作在长周期光纤光栅的某次包层模式耦合波长附近，考察传感器与被测物质作用前后透射３数值模拟
本文采用的光纤参量为：口。＝２．６２５弘ｍ，口ｚ＝６２．４，ａｍ；咒１—１．４５８，咒２—１．４５，咒４—１。
３．１薄膜参量的优化设计
图２给出了不同的ｎ。、ｈ。在给定光栅结构参量及入射波长１３９０～１５３０ａｍ范围内对应Ｓ。最大值
硬件加密设备图２膜厚４００～８００ｎｍ折射率”３—１．５～１．７范围内
最大灵敏度Ｓ。ｌ。，
Ｆｉｇ．２Ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅｏｆmoba平衡梁
Ｓ。ｉ…ｏｎ”３ｆｏｒｈ３ｒａｎｇｉｎｇｆｒｏｍ
４００～８００ｎｍ（咒３＝１．５～１．７）
水位电极
长周期光纤光栅气敏薄膜传感器结构优化
作者：徐艳平， 顾铮(一先)， 陈家璧， 高侃， Xu Yanping， Gu Zhengtian， Chen Jiabi，Gao Kan
作者单位：徐艳平，顾铮(一先)，陈家璧,Xu Yanping,Gu Zhengtian,Chen Jiabi(上海理工大学光电功能薄膜实验室，上海,200093)， 高侃,Gao Kan(中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学
实验室，上海,201800)
刊名：
光学学报
英文刊名：ACTA OPTICA SINICA
年，卷(期)：2006,26(3)
被引用次数：12次
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