[发明专利]一种基于可调谐聚合物微瓶的乙醇气体传感器

权利要求书

1.一种基于可调谐聚合物微瓶的乙醇气体传感器，其特征在于，所述的基于可调谐聚合物微瓶的乙醇气体传感器包括宽谱光源(1)、传感单元(2)、光谱仪(3)、气室(4)、真空泵(5)和注射器(8)；其中：

所述的宽谱光源(1)经第一单模光纤(6)与传感单元(2)连接，传感单元(2)经第二单模光纤(7)与光谱仪(3)连接，传感单元(2)设置于气室(4)内；

所述的传感单元(2)包括设置有可调谐聚合物微瓶(21)的第三单模光纤(23)和微纳光纤(22)，第三单模光纤(23)与微纳光纤(22)相互垂直设置，微纳光纤(22)两端分别与第一单模光纤(6)和第二单模光纤(7)熔接；

所述的注射器(8)通过管路与气室(4)连接，用于控制气室(4)中乙醇气体浓度；

所述的宽谱光源(1)发出的光经第一单模光纤(6)传输至微纳光纤(22)后，由于倏逝场作用，光耦合进入可调谐聚合物微瓶(21)中，并发生谐振作用，满足谐振波长的光将被局域在可调谐聚合物微瓶(21)中，其余的光经微纳光纤(22)进入第二单模光纤(7)，并传至光谱仪(3)显示输出光谱；当乙醇气体浓度变化时，可调谐聚合物微瓶(21)的有效折射率和体积被改变，使得可调谐聚合物微瓶(21)的谐振波长发生移动，通过监测输出光谱中谐振波长的变化即可获得乙醇气体浓度的变化；所述的可调谐聚合物微瓶(21)由聚二甲基硅氧烷和正硅酸乙酯两种试剂混合制成。

2.根据权利要求1所述的基于可调谐聚合物微瓶的乙醇气体传感器，其特征在于，所述的聚二甲基硅氧烷、正硅酸乙酯的质量比为10:1。

3.根据权利要求1或2所述的基于可调谐聚合物微瓶的乙醇气体传感器，其特征在于，所述的可调谐聚合物微瓶(21)的中心半径为98μm～213μm。

4.根据权利要求3所述的基于可调谐聚合物微瓶的乙醇气体传感器，其特征在于，所述的可调谐聚合物微瓶(21)通过以下方法制备：将聚二甲基硅氧烷和正硅酸乙酯两种试剂按照10:1的质量比均匀混合，通过聚二甲基硅氧烷和正硅酸乙酯混合试剂自身的重力和粘附力使其在第三单模光纤(23)上产生微瓶形状，在25℃的室温下静置0～3分钟后，放入60℃恒温箱中固化，通过控制室温下的静置时间，得到具有不同中心半径的可调谐聚合物微瓶(21)。

5.根据权利要求1、2或4所述的基于可调谐聚合物微瓶的乙醇气体传感器，其特征在于，所述的微纳光纤(22)通过以下方法制备：使用熔接机对第四单模光纤(24)进行非绝热锥形处理，使得微纳光纤(22)由直径44-46μm、腰锥长1.5-2mm、总长度0.9-1.1mm的两个突变锥形过渡段组成；然后，微纳光纤(22)通过拉锥机进一步拉制，加热区域为7.5-8mm宽；最终拉制出直径2-3μm、腰锥长8-9mm、总长度12-13mm的微纳光纤(22)。

6.根据权利要求1、2或4所述的基于可调谐聚合物微瓶的乙醇气体传感器，其特征在于，所述的谐振的条件为：

2πRn_eff＝lλ_res (1)

式中R为可调谐聚合物微瓶(21)的半径，n_eff为可调谐聚合物微瓶(21)的有效折射率，l为角向模式数，λ_res为谐振波长；

可调谐聚合物微瓶(21)的半径或有效折射率的变化将改变谐振波长，这种变化可表示为：

式中△λ表示谐振波长的变化，△R表示表示可调谐聚合物微瓶(21)半径的变化，△n_eff表示可调谐聚合物微瓶(21)有效折射率的变化。

7.根据权利要求5所述的基于可调谐聚合物微瓶的乙醇气体传感器，其特征在于，所述的谐振的条件为：

2πRn_eff＝lλ_res (1)

式中R为可调谐聚合物微瓶(21)的半径，n_eff为可调谐聚合物微瓶(21)的有效折射率，l为角向模式数，λ_res为谐振波长；

可调谐聚合物微瓶(21)的半径或有效折射率的变化将改变谐振波长，这种变化可表示为：

式中△λ表示谐振波长的变化，△R表示表示可调谐聚合物微瓶(21)半径的变化，△n_eff表示可调谐聚合物微瓶(21)有效折射率的变化。