[发明专利]单片集成红外激光气体检测装置

说明书

本发明公开了一种单片集成红外激光气体检测装置，包括基底；激光器形成于基底表面，且包括依次连接的有源激光部和无源波导辐射部；有源激光部的波长制作在气体吸收峰；探测器的数量为两个，且形成于基底表面；两个探测器对称布置于无源波导辐射部的两侧；无源波导辐射部的两侧分别与两个探测器形成气体检测通道。本发明提供的气体检测装置包含了激光器与探测器两部分，激光器中的无源波导辐射部实现光在波导侧壁辐射，两个探测器制作在无源波导辐射部的侧面探测辐射光，无源波导辐射部与探测器中间的气体检测通道用于气室检测的功能，激光器波长制作在气体吸收峰，这样能够通过探测光吸收强度得到待测气体的浓度信息。

技术领域

本发明涉及电子技术领域，更具体的说是涉及一种光集成芯片，包含了激光器发射与探测器接收；该芯片主要应用于激光吸收谱气体检测领域，可以实现低成本、结构简单紧凑的气体检测装置。

背景技术

人类生活、工业生产与自然界中存在了大量的危险、易燃易爆等气体，比如甲烷、硫化氢、氨气等等。这些气体的浓度不合理容易导致危害事件，所以对于这些气体的监控很重要，尤其是实现实时气体管控与安全管理。当前气体检测主要有半导体氧化物型气体传感器、热学式气体传感器、电化学式气体传感器、气相色谱式分析仪、光谱吸收型传感器等等。这些检测技术中非光学方法使用寿命较短，容易中毒和老化，很多情况下不能在线监测。基于光学的检测技术具有测量范围广、与信息系统兼容而实现在线监测预判，且灵敏度高可靠性高。在光学检测方法中可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)检测是目前气体检测的主流技术方案之一。因为气体分子的转动与振动，形成对特定波长光的吸收。通过可调谐激光器扫描波长，对分子吸收谱信息进行分析，从而判断气体分子的类别和浓度。该技术具有非接触式、响应快、与信息系统兼容等优势。目前该技术在具有甲烷场景的天然气管道遥测、煤矿与城市管廊的点测量等方面得到了广泛的应用。

目前基于TDLAS技术的激光检测主要是采用分离的封装激光器件、探测器以及气室等部分组成，通过电信号处理进行检测信号分析。该系统是光机电一体化复杂结构，尤其是需要将这些器件组装调试，最后导致了制造成本高，这造成了甲烷激光检测装置的应用受到很大的限制。

因此，如何提供一种可以实现低成本、结构简单紧凑的气体检测装置，是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种单片集成红外激光气体检测装置，旨在解决上述技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种单片集成红外激光气体检测装置，包括：

基底；

激光器；所述激光器形成于所述基底表面，且包括依次连接的有源激光部和无源波导辐射部；所述有源激光部的波长制作在气体吸收峰；

探测器；所述探测器的数量为两个，且形成于所述基底表面；两个所述探测器对称布置于所述无源波导辐射部的两侧；所述无源波导辐射部的两侧分别与两个所述探测器形成气体检测通道。

通过上述技术方案，本发明提供的气体检测装置包含了激光器与探测器两部分，激光器中的无源波导辐射部实现光在波导侧壁辐射，两个探测器制作在无源波导辐射部的侧面探测辐射光，无源波导辐射部与探测器中间的气体检测通道用于气室检测的功能，激光器波长制作在气体吸收峰，这样能够通过探测光吸收强度得到待测气体的浓度信息。

优选的，在上述一种单片集成红外激光气体检测装置中，所述基底表面与所述气体检测通道的对应处刻蚀有辐射槽；所述辐射槽为单独的槽体结构，或者为周期性的齿状槽体结构。能够增加光与气体相互作用，辐射槽可以基于ICP等手段进行刻蚀。

优选的，在上述一种单片集成红外激光气体检测装置中，所述辐射槽的壁上镀有增透膜。能够增加光在气体检测通道中的透过率。