[发明专利]传感器设备和检测气体中的成分的方法

说明书

本发明涉及传感器设备和检测气体中的成分的方法，传感器设备包括限定基底平面(4)的平面基底(3)和用于引导电磁波的波导(2)。波导(2)在平行于基底平面(4)的波导平面(4’)中在长度方向上延伸，并具有宽度(W，w)和高度(h)，其中宽度(W，w)与高度(h)的比大于5。波导(2)的高度(h)小于电磁波的波长。波导(2)由沿着波导(2)的长度方向从基底(3)延伸到波导(2)的支撑结构(5)支撑在基底(3)上，支撑结构(5)具有的宽度(Ws)小于波导(2)的宽度(W，w)。本发明还涉及检测气体中的成分的方法和制造传感器设备(1)的方法。

本申请是申请日为2016年6月27日，申请号为201680037187.X，发明名称为“传感器设备和检测气体中的成分的方法”的申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及包括用于引导电磁波的波导的传感器设备，并且涉及检测诸如气体的流体中的成分的方法。

背景

使用在可见或红外(IR)波长范围内的各种气体的吸收带的光学感测是已建立的方法。可以用反射镜在空腔中测量吸收，以便实现比空腔的物理尺寸更长的有效相互作用长度。这种方法受到反射镜中的光损耗的限制。对于IR，源常常是宽带白炽灯。为了获得光谱分辨率，于是需要光谱分析。检测器可以是基于热或半导体的光子检测器。

为了制造具有长光路长度的敏感设备，必须使用高质量的反射镜，或者物理路径且因此设备尺寸必须长。对于许多应用来说，低气体流量和气室的大体积限制了传感器的响应速度。

US 2014/0264030 A1描述了用于中红外感测的方法和装置。

WO 2008/125797 A1描述了使用在波导和凹槽之间的倏逝波耦合的波导设备。

发明概述

本发明的目的是减少现有技术的缺点。特别是，其目的是提供一种传感器设备，该传感器设备在维持足够的灵敏度以检测气体中的成分的同时可以较小。

因此，本发明涉及一种传感器设备，其包括：

限定基底平面的平面基底，

用于引导电磁波的波导，该波导在平行于基底平面的波导平面中在长度方向上延伸，该波导具有在垂直于长度方向的方向上的在波导平面中的宽度和在垂直于长度方向的方向上的从波导平面出来的高度，其中宽度与高度的比大于5，

其中，波导的高度小于电磁波的波长，以及

其中，波导在波导的支撑点处由沿着波导的长度方向从基底延伸到波导的支撑结构支撑在基底上，支撑结构具有比波导的宽度小的宽度，并且其中波导的宽度沿着波导的长度方向变化，并且其中支撑结构的宽度沿着波导的长度方向相应地变化。

因此，提供了一种改变支撑结构的尺寸的简单方式，其也能够将支撑结构的宽度减小到支撑结构被移除时的程度。因此，支撑物可以沿着波导的长度定制。支撑结构的宽度的逐渐变化还具有减少在波导中传播的电磁波的反射的优点。

由此提供传感器设备，其可以小型化，同时维持良好的灵敏度以检测气体中的成分。波导的特征规定引导具有在波导核心外的倏逝场的电磁波。由于波导和支撑物的尺寸特征，该设备可以用平面微制造技术以减少的光损耗被制造。光损耗可以减少，因为波导的上表面的平面性可以被很好地控制，而横侧表面上的损耗可由于高的宽度与高度的比而减小。

宽度与高度的比可以大于10或大于20。支撑结构在波导的支撑点处的宽度可以小于波导的宽度的一半、小于波导的宽度的1/4或小于波导的宽度的1/10。优选地，支撑结构在波导的支撑点处的宽度小，以减少通过支撑结构的光损耗。支撑结构可以有具有从支撑物到波导减小的横截面宽度的形状，以使支撑结构在机械上更加刚性。

波导可以沿着长度方向的至少第一部分被支撑，其中波导和因此支撑结构的宽度减小，使得波导沿着长度方向的至少第二部分自由悬挂。