中的輸入直波導(dǎo)可 以與氣體傳輸?shù)姆较蚱叫校蛘卟▽?dǎo)結(jié)構(gòu)中的輸入直波導(dǎo)與氣體傳輸方向成預(yù)設(shè)角度值。
[0040] 具體的，氣體濃度測量傳感器中波導(dǎo)結(jié)構(gòu)及光的傳播路徑示意圖如圖2所示，波導(dǎo) 結(jié)構(gòu)主要包括輸入直波導(dǎo)、環(huán)狀波導(dǎo)及輸出波導(dǎo)，輸出波導(dǎo)由輸出直波導(dǎo)與條型波導(dǎo)構(gòu)成。 光的傳輸路徑具體包括:光源發(fā)出的光通過輸入直波導(dǎo)耦合進入環(huán)狀波導(dǎo)，并通過環(huán)狀波 導(dǎo)親合進入輸出波導(dǎo)，輸出波導(dǎo)將光輸出。
[0041] 應(yīng)用本發(fā)明實施例，所述氣體濃度測量傳感器包含氣室，用于傳輸待檢測氣體，所 述氣室覆蓋氣體濃度測量傳感器中的每條波導(dǎo)，使待檢測氣體與波導(dǎo)外的消逝場相互作 用;輸入直波導(dǎo)將光源發(fā)出的光耦合進入環(huán)狀波導(dǎo);環(huán)狀波導(dǎo)用于接收所述輸入直波導(dǎo)耦 合的光，并將光耦合進入輸出波導(dǎo)，所述環(huán)狀波導(dǎo)的半徑根據(jù)
確定，其中，r是環(huán)狀波導(dǎo)的半徑，1_是對應(yīng)待檢測氣體對光的吸收峰的環(huán)狀波導(dǎo)的透射 峰，neff是環(huán)狀波導(dǎo)的有效折射率，Lring是環(huán)狀波導(dǎo)的長度，m為正整數(shù);輸出波導(dǎo)，用于將光 耦合輸出。本發(fā)明實施例提供的氣體濃度測量傳感器使用波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，大大減小了氣體濃度 測量傳感器的體積，可以用在集成光學(xué)中。
[0042] 在本發(fā)明的一個實施例中，所述輸出波導(dǎo)包括:相互連接的輸出直波導(dǎo)及條型波 導(dǎo)，所述輸出直波導(dǎo)與所述輸入直波導(dǎo)平行。
[0043] 具體的，如圖2所示，輸出波導(dǎo)包含輸出直波導(dǎo)和條型波導(dǎo)，輸出直波導(dǎo)與輸入直 波導(dǎo)平行，這樣的結(jié)構(gòu)有助于將環(huán)狀波導(dǎo)中的光耦合進入輸出直波導(dǎo)，條型波導(dǎo)與輸出直 波導(dǎo)相互連接，條型波導(dǎo)可以做的很長，可以使進入條型波導(dǎo)外的消逝場與待檢測氣體充 分反應(yīng)，提高氣體濃度檢測的準(zhǔn)確度。
[0044]在本發(fā)明的一個實施例中，當(dāng)待檢測氣體為甲烷氣體時，所述環(huán)狀波導(dǎo)的半徑為5 X 104nm_6 X 104nm，所述條型波導(dǎo)的長度為10cm-16cm。
[0045]在本發(fā)明實施例中，由于待檢測氣體對光的吸收峰對應(yīng)多個波長，因此，根據(jù)
_'，在所述多個波長中取不同波長值時，可以確定多 個半徑值，其中，r是環(huán)狀波導(dǎo)的半徑，是對應(yīng)待檢測氣體對光的吸收峰的環(huán)狀波導(dǎo)的透 射峰，nrff是環(huán)狀波導(dǎo)的有效折射率，Lring是環(huán)狀波導(dǎo)的長度，m為正整數(shù)；當(dāng)待檢測氣體為 甲燒氣體時，從計算的多個半徑值中，選擇半徑值在5X 104nm-6X 104nm范圍內(nèi)的任意一個 半徑值作為環(huán)狀波導(dǎo)的半徑，此時確定的甲烷氣體測量傳感器不僅體積較小，還能保證測 量甲烷氣體濃度的準(zhǔn)確度更高。當(dāng)待測氣體為其他氣體時，可以根據(jù)待檢測氣體對光的吸 收峰對應(yīng)的多個波長及上述公式，確定多個環(huán)狀波導(dǎo)的半徑值，根據(jù)公式可以看出，m越大， 對應(yīng)的半徑值越大，氣體濃度測量傳感器的體積就越大;m值越小，對應(yīng)的半徑值越小，氣體 濃度測量傳感器的體積就越小，但是，光在環(huán)狀波導(dǎo)中的損耗會越大，導(dǎo)致氣體濃度測量傳 感器的測量分辨率惡化，也就是氣體濃度測量傳感器的分辨率的值越大。因此，在實際應(yīng)用 時，要根據(jù)需求考慮氣體濃度測量傳感器的體積及測量分辨率的要求，在確定的多個半徑 值中選擇一個半徑值作為環(huán)狀波導(dǎo)的半徑。
[0046] 在本發(fā)明實施例中，確定氣體濃度測量傳感器中條型波導(dǎo)的長度包括:根據(jù)氣體 濃度測量傳感器中條型波導(dǎo)的長度與氣體濃度測量傳感器的靈敏度及分辨率之間的關(guān)系， 確定氣體濃度測量傳感器靈敏度的值最大且分辨率的值最小時的長度范圍為條型波導(dǎo)的 長度范圍，并根據(jù)該長度范圍確定所述氣體濃度測量傳感器中條型波導(dǎo)的長度。
[0047] 圖3為當(dāng)待檢測氣體為甲烷氣體時，氣體濃度測量傳感器中條型波導(dǎo)的長度與氣 體濃度測量傳感器的靈敏度及分辨率之間的關(guān)系曲線圖，圖3中橫軸為氣體濃度測量傳感 器中條型波導(dǎo)的長度，單位是厘米;左邊縱軸為氣體濃度測量傳感器的分辨率，單位是ppm; 右邊縱軸為氣體濃度測量傳感器的靈敏度，單位是nw · ppnfSl號曲線表示氣體濃度測量傳 感器中條型波導(dǎo)的長度與氣體濃度測量傳感器的分辨率之間的關(guān)系；2號曲線表示氣體濃 度測量傳感器中條型波導(dǎo)的長度與氣體濃度測量傳感器的靈敏度之間的關(guān)系。由圖3可以 看出，在一定的長度范圍內(nèi)，甲烷氣體濃度測量傳感器中的條型波導(dǎo)的長度越長，甲烷氣體 濃度測量傳感器的分辨率的值越小;氣體濃度測量傳感器的靈敏度的值越大。由于靈敏度 的值越大，分辨率的值越小的氣體濃度測量傳感器測量效果越好，因此，可以確定甲烷氣體 濃度測量傳感器靈敏度的值最大且分辨率的值最小時的長度范圍為l〇cm-16cm，根據(jù)此長 度范圍，可以選擇該長度范圍內(nèi)的任一長度作為甲烷氣體濃度測量傳感器中條型波導(dǎo)的長 度。
[0048] 在本發(fā)明的一個實施例中，所述輸入直波導(dǎo)到所述環(huán)狀波導(dǎo)的圓心的垂直距離為 5.3 X 104nm_6.5 X 104nm，所述環(huán)狀波導(dǎo)的圓心到所述輸出直波導(dǎo)的垂直距離為5.3 X 104nm_6 · 5 X 104nm〇
[0049] 具體的，如圖2所示，cb表示輸入直波導(dǎo)到所述環(huán)狀波導(dǎo)的圓心的垂直距離，d2表示 環(huán)狀波導(dǎo)的圓心到所述輸出直波導(dǎo)的垂直距離，r表示環(huán)狀波導(dǎo)的半徑，如果cU-r和d 2-r的 值太大，光可能無法從輸入直波導(dǎo)耦合到環(huán)狀波導(dǎo)、從環(huán)狀波導(dǎo)耦合到輸出直波導(dǎo)中，如果 cU-r和d2-r的值太小，光的耦合效果不好，很可能無法形成穩(wěn)定的模式。因此，為了保證光可 以在波導(dǎo)之間有較佳的耦合效果，選擇cU = 5.3 X 104nm-6.5 X 104nm，d2 = 5.3 X 104nm-6.5 X 104nm〇
[0050] 本發(fā)明的一個實施例中，所述光源發(fā)出的光的波長在所述波導(dǎo)可以透過的光的波 長范圍內(nèi)。例如，氮化硅波導(dǎo)可以透過的光的波長為1.2um-3.7um，因此，選取的光源發(fā)出的 光的波長應(yīng)該在1 · 2um-3 · 7um范圍內(nèi)。
[0051] 在本發(fā)明的一個實施例中，所述輸入直波導(dǎo)、環(huán)狀波導(dǎo)和輸出波導(dǎo)由氮化娃和二 氧化娃構(gòu)成，當(dāng)待檢測氣體為甲燒氣體時，氮化娃的寬度為3um-20um，氮化娃的高度為 100nm-800nm，氮化硅上方的二氧化硅的厚度為100nm-400nm。
[0052] 具體的，圖4為本發(fā)明實施例提供的一種氣體濃度測量傳感器中波導(dǎo)的橫截面示 意圖，如圖4所示，Η表示波導(dǎo)的高度，Ho表示氮化硅上方的二氧化硅的厚度，壓表示氮化硅的 高度，H 2表示氮化硅下方的二氧化硅的厚度，Wi表示氮化硅的寬度，W表示波導(dǎo)的寬度。Ho太 大可能導(dǎo)致光在波導(dǎo)中不能耦合出去，出太小可能導(dǎo)致光的泄露，因此，較佳的，選擇氮化 娃的寬度為Wi = 3um-20um，氮化娃的高度為Hi = 100nm-800nm，氮化娃上方的二氧化娃的厚 度為Ho = 100nm-400nm，氮化娃下方的二氧化娃的厚度H2 = 2um-4um，這樣可以保證光在波導(dǎo) 之間有較好的耦合效果，使得氣體濃度測量傳感器的測量精度較高，體積較小。
[0053] 圖5為本發(fā)明實施例提供的一種氣體濃度測量方法的流程示意圖，包括步驟：
[0054] 步驟S501:確定氣體濃度測量傳感器中輸入到輸入直波導(dǎo)的光中所述待檢測氣體 的吸收峰對應(yīng)的波長的光的強度，并確定氣體濃度測量傳感器中輸出波導(dǎo)輸出的光中所述 待檢測氣體的吸收峰對應(yīng)的波長的光的強度;其中，所述氣體濃度傳感器中的氣室覆蓋氣 體濃度測量傳感器中的每條波導(dǎo)，使待檢測氣體與波導(dǎo)外的消逝場相互作用，該氣體濃度 測量傳感器中包含有環(huán)狀波導(dǎo)，所述環(huán)狀波導(dǎo)的半徑根據(jù)
'確 定，其中，r是環(huán)狀波導(dǎo)的半徑，是對應(yīng)待檢測氣體對光的吸收峰的環(huán)狀波導(dǎo)的透射峰， neff是環(huán)狀波導(dǎo)的有效折射率，Lring是環(huán)狀波導(dǎo)的長度，m為正整數(shù)；
[0055] 步驟S502:根據(jù)所述輸入光的強度、所述輸出光的強度及所述氣體濃度測量傳感 器中輸出波導(dǎo)的長度，確定待檢測氣體的濃度。
[0056] 在本發(fā)明實施例中，確定氣體濃度測量傳感器中條型波導(dǎo)的長度包括:根據(jù)氣體 濃度測量傳感器中條型波導(dǎo)的長度與氣體濃度測量傳感器的靈敏度及分辨率之間的關(guān)系， 確定氣體濃度測量傳感器靈敏度的值最大且分辨率的值最小時的長度范圍為條型波導(dǎo)的 長度范圍，并根據(jù)該長度范圍確定所述氣體濃度測量傳感器中條型波導(dǎo)的長度。
[0057] 應(yīng)用本發(fā)明實施例所提供的技術(shù)方案，通過確定氣體濃度測量傳感器中輸入到輸 入直波導(dǎo)的光中所述待檢測氣體的吸收峰對應(yīng)的波長的光的強度，并確定氣體濃度測量傳 感器中輸出波導(dǎo)輸出的光中所述待檢測氣體的吸收峰對應(yīng)的波長的光的強度，所述氣體濃 度測量傳感器中包含有環(huán)狀波導(dǎo)，環(huán)狀波導(dǎo)的半徑根據(jù)
'確 定，其中，r是環(huán)狀波導(dǎo)的半徑，是對應(yīng)待檢測氣體對光的吸收峰的環(huán)狀波導(dǎo)的透射峰， neff是環(huán)狀波導(dǎo)的有效折射率，Lring是環(huán)狀波導(dǎo)的長度，m為正整數(shù);根據(jù)所述輸入光的強 度、所述輸出光的強度及所述氣體濃度測量傳感器中輸出波導(dǎo)的長度，確定待檢測氣體的 濃度。所述方法使用的氣體濃度測量傳感器使用波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，大大減小了氣體濃度測量傳感 器的體積，可以用在集成光學(xué)中。
[0058] 在本發(fā)明的一個實施例中，所述根據(jù)所述