[实用新型]太赫兹波气体浓度传感装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种太赫兹波气体浓度传感装置，属于太赫兹波应用领域。

背景技术

太赫兹波在电磁波谱中位于微波和红外光之间，其频率范围为0.1~10 THz，在电磁波谱中占有一个特殊的位置。与现在发现的其他电磁波相比，太赫兹脉冲的频带可以覆盖从几百GHz到几十THz的范围，许多分子的转动和振动在该频段表现出强烈的吸收和色散的特性，会产生明显的特征吸收峰，具有唯一性，可以作为识别物质的指纹谱。因此，太赫兹波适合于对固体、液体、气体以及流体等介质的电、声学性质的研究，也可以应用于环境监测、生物和化学物质的检测、食品工业的质量控制等方面。

由于气体在太赫兹波段具有独特的吸收谱线，因此，当前所采用的气体浓度检测技术主要是根据指纹吸收的强度信息，得到样品的浓度。但是，由于大部分气体吸收很弱，为了提高浓度检测灵敏度，需要增大气室的长度，或增加气压；另外，检测系统内水气的存在会严重影响气体的浓度解调结果，限制了其在气体检测方面的发展。因此，研究一种结构小巧、常压室温下工作、不受湿度影响的太赫兹波段气体浓度传感装置在气体检测方面具有重要的理论和实践意义。

理论上，太赫兹波一维光子晶体谐振腔可以用于气体浓度的检测。其基本原理是：当一维光子晶体谐振腔腔缺陷层内的气体浓度改变时（相应的气体折射率改变），光子晶体禁带中特征透射峰的位置也会随之发生偏移。只要根据任意一个透射峰位置的偏移量，就可得到气体的浓度信息。但由于在常压下气体折射率随气体浓度改变非常小，相应透射峰位置的偏移量也很小，浓度检测非常困难。虽然对太赫兹波段一维光子晶体谐振腔的研究已有很多报道，但由于其品质因子不够高，透射峰的移动不明显，难以满足常压气体测量需求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种太赫兹波气体浓度传感装置。

为实现上述目的，本实用新型所采取的技术方案为：

作为本实用新型的一种技术方案，太赫兹波气体浓度传感装置包括品质因子大于5000的一维光子晶体谐振腔和气室，所述一维光子晶体谐振腔包括半导体基片、气体层和缺陷层，半导体基片的数量为大于等于6的偶数个；所述缺陷层由气体构成，所述缺陷层与所述气室连通，所述缺陷层的两侧置有相同数量的所述半导体基片，且位于所述缺陷层的同一侧的相邻半导体基片之间通过支撑环分隔而形成所述气体层；所述气体层与所述气室通过支撑环相连通；所述气室设有进气口和出气口。

作为本实用新型的另一种技术方案，太赫兹波气体浓度传感装置由一个品质因子大于5000的一维光子晶体谐振腔和一个气室组成，所述一维光子晶体谐振腔由半导体基片、气体层和缺陷层构成，半导体基片的数量为大于等于6的偶数个；所述缺陷层由气体构成，所述缺陷层与所述气室连通，所述缺陷层的两侧置有相同数量的所述半导体基片，且位于所述缺陷层的同一侧的相邻半导体基片之间通过支撑环分隔而形成所述气体层；所述气体层与所述气室通过支撑环相连通；所述气室设有进气口和出气口。

优选地，本实用新型所述缺陷层的厚度为1mm~30mm。

优选地，本实用新型所述支撑环的厚度相同。

优选地，本实用新型所述半导体基片的数量为6个。

优选地，本实用新型所述半导体基片为高阻硅、砷化镓或磷化铟。

优选地，本实用新型所述气室设有两个太赫兹波窗口，使得太赫兹波从其中一个太赫兹波窗口进入气室，从另一个太赫兹波窗口离开气室，所述一维光子晶体谐振腔置于所述气室中所述两个太赫兹波窗口之间，且太赫兹波以正入射方式通过所述一维光子晶体谐振腔中的各所述半导体基片。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：

（1）本实用新型太赫兹波气体浓度传感装置中一维光子晶体谐振腔的品质因子高（大于5000），因此传感装置灵敏度高，常压、室温下即可进行测试，无需对待测气体进行加压操作，使用方便且适用性强。

（2）本实用新型太赫兹波气体浓度传感装置中缺陷层和气体层同时随被测气体发生变化，系统灵敏度高；同时气室小巧，结构紧凑，便于系统集成和气体充装。

（3）本实用新型太赫兹波气体浓度传感装置其检测结果由特征峰位移得出，避免了传统方法中由吸收量得出气体浓度时易受湿度影响的缺点，可满足在太赫兹波气体检测领域应用的要求。

（4）本实用新型太赫兹波段气体浓度传感装置灵敏度高、结构紧凑、可在常压室温下工作、不受湿度影响。

附图说明

图1是本实用新型一种太赫兹波气体浓度传感装置的结构示意图；