Устройство для детектирования микропримесей газов

 

Использование: газовый анализ. Сущность изобретения заключается в том, что подложку с нанесенной на ней пленкой, чувствительной к газу, помещают во внешний резонатор полупроводникового лазера. Устройство дополнительно содержит голографический селектор. 1 ил.

Изобретение относится к технике детектирования газов.

Известно устройство, в котором для детектирования газов использована химически чувствительная пленка, нанесенная на микроэлектродную структуру, созданную на кварцевой подложке [1].

Недостатком устройства является низкая селективность детектирования.

Известно устройство, в котором осуществляется воздействие газов на пленку, содержащую вещество, химически чувствительное к исследуемому газу. При этом пленку облучают лазерным излучением и регистрируют флуоресценции [2].

Недостатком данного устройства является невозможность детектирования широкого круга газов.

Цель изобретения - расширение круга анализируемых газов.

Цель достигается тем, что в устройство для детектирования микропримесей газов, включающее источник излучения, подложку с нанесенной на нее пленкой и оптический детектор, дополнительно введен голографический селектор полного внутреннего отражения с дифракционной решеткой, при этом подложка с пленкой размещена во внешнем резонаторе полупроводникового лазера, а пленка содержит фталоцианин.

На чертеже показано предлагаемое устройство.

Устройство содержит лазерный диод 1, объектив 2, селектор 3, решетку 4, пластину 5, пленку 6.

В устройстве используют лазерный диод на основе двухсторонних гетероструктур GaAs/Ga_xAl_λ-xAs с пороговым током 120-150 мА. Одну из граней диода либо полируют наклонно к плоскости p-n-перехода, либо просветляют нанесением покрытия SiO толщиной λ/4, где λ - длина волны генерации на собственных гранях диода. Диод помещают во внешний селективный резонатор, состоящий из объектива и дисперсионного элемента в виде голографического селектора с дифракционной решеткой, работающей под углами дифракции 60-80^оС. Дифракция происходит в среде с n = 1,5. Внутрь составного резонатора вставляют кварцевую или стеклянную пластину с нанесенной на нее по методу Лэнгмюра-Блоджетт (ЛБ) органической мультислойной пленкой, содержащей фталоцианины (в случае детектирования NO, CO, SO₃), или порфирины (в случае детектирования HCl, HBr, NH₃, NO₂).

Пластину с нанесенной пленкой помещают во внешний резонатор полупроводникового квантового генератора (ПКГ) между объективом и голографическим селектором строго перпендикулярно (с точностью 1^о) к оптической оси системы. Внешнерезонаторная область лазера открыта на атмосферу, и в нее может проникать исследуемый газ.

Добротность продольных мод ПКГ с внешним резонатором приобретает дополнительную модуляцию по частоте. В результате при соответствующей настройке внешнего резонатора путем перемещения дисперсионного элемента с помощью микрометрического винта может быть повышена добротность желаемой моды колебаний и снижена добротность соседних мод. Положение спектральной полосы генерации во внешнем резонаторе стабилизируется в области резонанса в пассивной прозрачной пластине и благодаря этому слабо меняется в широком интервале плотностей тока и при изменении температуры в пределах 15-20^оС. В случае накопления в помещении вредного газа выше некоторой пороговой концентрации и происходящей вследствие этого химической реакции детектируемого газа с компонентами пленки нарушаются условия резонанса в системе на данной моде и генерация скачком переключается на другую полосу, соответствующую соседнему резонансу, либо попадает в область между резонансами. В результате меняется либо частота генерации ПКГ, либо интенсивность лазерного излучения, детектируя изменения которых при помощи дифракционного монохроматора либо фотодиода, определяют концентрацию газа в атмосфере с высокой точностью.

Таким образом, имея ряд пластин с нанесенными пленками, чувствительными к различным газам, получают набор селективных датчиков микропримесей газов.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДЕТЕКТИРОВАНИЯ МИКРОПРИМЕСЕЙ ГАЗОВ, включающее оптически связанные источник лазерного излучения, подложку с нанесенной на нее пленкой Лэнгмюра-Блоджетт и оптический детектор, при этом источник снабжен объективом, а пленка содержит вещество, химически чувствительное к детектируемому газу, отличающееся тем, что, с целью расширения круга анализируемых газов, в устройство дополнительно введен голографический селектор полного внутреннего отражения с дифракционной решеткой, при этом подложка с пленкой размещена во внешнем резонаторе полупроводникового лазера между объективом и голографическим селектором, а пленка в качестве вещества, чувствительного к газу, содержит фталоцианин.

РИСУНКИ

Рисунок 1