Оптический датчик концентрации пожаровзрывоопасных жидких и газообразных веществ и материалов

УДК 621.372.8.029.7 : 681.586.36
Авторы Гончаренко Игорь Андреевич, доктор физико-математических наук, доцент
Киреенко В.П., кандидат физико-математических наук, доцент
Конойко Алексей Иванович, кандидат физико-математических наук, доцент
Аннотация В статье рассмотрена структурная схема и принцип работы интегрально-оптического датчика концентрации на основе щелевых волноводных микрорезонаторов. Использование оптического излучения позволяет применять такие датчики для измерения концентрации легковоспламеняющихся жидкостей и газов. Благодаря использованию щелевых волноводов чувствительность датчика на изменение показателя преломления может достигать 10^-6–10^-7. Быстродействие устройства определяется временем установления стационарного режима в кольцевом микрорезонаторе и составляет десятки пикосекунд. Таким образом, с помощью данного устройства можно измерять концентрацию как покоящихся, так и текущих с большой скоростью жидкостей и газов. Датчик может иметь большое число чувствительных элементов, что позволяет одновременно контролировать концентрацию в различных точках объема вещества.
Ключевые слова
  Литература
1. Жарковский, Б.И. Приборы автоматического контроля и регулирования. – М.: Высшая школа, 1989. – 336 с.
2. Гармаш, В.Б. Возможности, задачи и перспективы волоконно-оптических измерительных систем в современном приборостроении / В.Б. Гармаш, Ф.А. Егоров, Л.Н. Коломиец [и др.] // Фотон-Экспресс – Наука, –2005. –№6. –С.128-140.
3. Гуляев, Ю.В. Волоконно-оптические технологии, устройства, датчики и системы / Ю.В. Гуляев, С.А. Никитов, В.Т. Потапов, Ю.К. Чаморовский // Радиотехника. – 2005. – № 8. – С. 9-18.
4. Passaro, V.M.N. Guided-wave optical biosensors / V.M.N. Passaro, F. Dell’Olio, B. Casamassima, F. De Leonardis // Sensors. – 2007. – Vol. 7. – P. 508-536.
5. Heideman, R.G. Performance of a highly sensitive optical waveguide Mach-Zehnder interferometer immunosensor / R.G. Heideman, R.P.H. Kooyman, J. Greve // Sensors and Actuators B. – 1993. – Vol. 10, No. 3. – P. 209-217.
6. Luff, B.J. Integrated-optical directional coupler biosensor / B.J. Luff, R.D. Harris, J.S. Wilkinson [et al.] // Optics Letters. – 1996. – Vol. 21, No. 8. – P. 618-620.
7. Yal?in, A. Optical sensing of biomolecules using microring resonators / A. Yal?in, K.C. Popat, J.C. Aldridge [et al.] // IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. – 2006. – Vol. 12, No. 1. – P. 148-155.
8. De Vos, K. Silicon-on-Insulator microring resonator for sensitive and label-free biosensing / K. De Vos, I. Bartolozzi, E. Schacht [et al.] // Optics Express. – 2007. – Vol. 15. – No. 12. – P. 7610-7615.
9. Schweinsberg, A. An environmental sensor based on an integrated optical whispering gallery mode disk resonator / A. Schweinsberg, S. Hocd?, N.N. Lepeshkin [et al.] // Sensors and Actuators B. – 2007. – Vol. 123, No. 2. – P. 727-732.
10. Chow, E. Ultracompact biochemical sensor built with two-dimensional photonic crystal microcavity / E. Chow, A. Grot, L.W. Mirkarimi [et al.] // Optics Letters. –2004. – Vol. 28, No. 10. – P. 1093-1095.
11. Skivesen, N. Photonic-crystal waveguide biosensor / N. Skivesen, A. T?tu, M. Kristensen [et al.] // Optics Express. – 2007. – Vol. 15, No. 6. – P. 3169-3176.
12. Almeida, V.R. Guiding and confining light in void nanostructure / V.R. Almeida, Q. Xu, C.A. Barrios, M. Lipson // Optics Letters. – 2004. – Vol. 29, No. 11. – P. 1209-1211.
13. Xu, Q. Experimental demonstration of guiding and confining light in nanometer-size low-refractive-index material / Q. Xu, V.R. Almeida, R.R. Panepucci, M. Lipson // Optics Letters. – 2004. – Vol. 29, No. 14. – P. 1626-1628.
14. Barrios, C.A. Slot-waveguide biochemical sensor / C.A. Barrios, K.B. Gylfason, B. Sanchez [et al.] // Optics Letters. – 2007. – Vol. 32, No. 21. – P. 3080-3082.
15. Dell’Olio, F. Optical sensing by optimized silicon slot waveguides / F. Dell’Olio, V.M. Passaro // Optics Express. – 2007. – Vol. 15, No. 8, – P. 4977-4993.
16. Helfert, S.F. The method of lines: a versatile tool for the analysis of waveguide structures / S.F. Helfert, R. Pregla // Electromagnetics. – 2002. – Vol. 22. – P. 615-637.
17. Goncharenko, I.A. Analysis of propagation of orthogonally polarized supermode in straight and curved multicore microstructured fibres / I.A. Goncharenko, M. Marciniak // J. Telecommunications and Information Technology. – 2007. – No. 4. – P. 63-69.
18. Goncharenko, I.A. Optical broadband analog-digital conversion on the base of microring resonator / I.A. Goncharenko, A.K. Esman, V.K. Kuleshov, V.A. Pilipovich // Optics Communications. – 2006. – Vol. 257, No. 1. – P. 54-61.