Интегрально-оптический химический сенсор с аналого-цифровым преобразованием сигнала

Аннотация

Разработан и экспериментально исследован быстродействующий интегрально-оптический волноводный химический сенсор, являющийся частью прибора с аналого-цифровым преобразованием сигнала. Его основой служит интегрально-оптический волновод диффузионного типа с низким коэффициентом затухания. Отмечено преимущество схем измерения, в которых аналоговый сигнал от интегрально-оптического датчика преобразуется в цифровой вид с целью последующей обработки оцифрованных данных измерений на компьютере. Установлено, что за счет компьютерной регистрации оцифрованных данных измерений интегрально-оптический химический датчик имеет достаточно быстрое время отклика: не более 0.2 с. Обсуждены перспективы использования данных интегрально-оптических датчиков.

• интегрально-оптический волновод
• химический сенсор
• лазерное излучение
• электронная схема сравнения
• операционный усилитель
• аналого-цифровое преобразование
• быстрое преобразование Фурье
• обработка данных

Abstract (in English)

A high-speed integrated-optical chemical sensor, being a part of a device with analog-digital transformation of a signal, is elaborated and investigated experimentally. As it basis an integrated-optical waveguide of a diffusion type with a low attenuation is used. The advantage of the schemes of a measurement is marked, in which the analog signal from the integrated-optical sensor will be transformed to a digital kind with the purpose of consequent processing of digitized data of measurements on the computer. It is established, that at the expense of computer registration of digitized measuring data, the integrated-optical chemical sensor has rather fast time of the response: no more than 0.2 seconds. The perspectives of use of integrated-optical sensor of this type are discussed.

Для цитирования

Литература

1. Егоров А.А. Систематика, принцип работы и области применения датчиков // Журнал Радиоэлектроники, 2009, № 3.
2. Lambeck P.V. Integrated opto-chemical sensors // Sensors and Actuators, 1992, No. 8, pp. 103-116.
3. Klein R., Voges E. Integrated-optic ammonia sensor // Fresenius J. Anal. Chem., 1994, V. 349, pp. 394-398.
4. Wiesmann R., Muller L., Klein R., Neyer A. Low cost polymer-optical ammonia sensor // Proc. 7th European Conf. on Int. Opt. (ECIO'95), April 3-6, 1995, Delft, Netherlands, Wc A4, P. 453.
5. Veldhuis G.J., Berends J.H., Heideman R.G., Lambeck P.V. An integrated optical Bragg-reflector used as a chemo-optical sensor // Pure Appl. Opt., 1998, No. 7, pp. 23-26.
6. Хомченко А.В., Глазунов Е.В., Примак И.У., Редько В.П., Сотский А.Б. Интегрально-оптический полупроводниковый датчик на основе призменного устройства связи // Письма в ЖТФ, 1999, Т. 25, Вып. 24, С. 11-17.
7. Чехлова Т.К., Тимакин А.Г., Попов К.А. Волноводные датчики концентраций веществ в газовых смесях и жидкостях // ПТЭ, 2002, Т. 45, № 2, С. 145-148.
8. Lambeck P.V., Hoekstra H.J.W.M., van Lith J., van Elzakker G. Two novel integrated optical sensor types for measuring chemical concentrations, based on chemically induced changes of modal field profiles // J. of Nonlinear Optical Physics & Materials, 2004, V. 13, No. 2, pp. 209-227.
9. Bednorz M., Urbańczyk M., Pustelny T., Piotrowska A., Papis E., Sidor Z., Kamińska E. Application of SU8 polymer in waveguide interferometer ammonia sensor // Molecular and Quantum Acoustics, 2006, No. 27, pp. 31-40.
10. Egorov A.A., Egorov M.A., Tsareva Yu.I., Chekhlova T.K. Study of the integrated-optical concentration sensor for gaseous substances // Laser Physics, 2007, V. 17, No. 1, pp. 50-53.
11. Егоров А.А., Егоров М.А., Чехлова Т.К., Тимакин А.Г. Исследование компьютеризированного интегрально-оптического датчика концентрации газообразных веществ // Квантовая электроника, 2008, Т. 38, № 8, С. 787-790.
12. Егоров А.А., Егоров М.А., Чехлова Т.К., Тимакин А.Г. Применение интегрально-оптических датчиков для контроля опасных газообразных веществ // Датчики и системы, 2008, № 1, С. 25-28.
13. Egorov A.A., Egorov M.A., Stavtsev A.V., Timakin A.G., Chekhlova T.K. A fast integrated optical sensor of gaseous substances // Journal of Russian Laser Research, 2010, V. 31, No. 1, pp. 12-21.
14. Егоров А.A., Чехлова Т.К., Григорук В.И., Коваленко А.В. Анализ чувствительности интегрально-оптического сенсора газообразных веществ при наличии аддитивного случайного шума // Журнал Радиоэлектроники, 2010, N. 9.
15. Егоров А.А. Теория абсорбционного интегрально-оптического датчика газообразных веществ // Оптика и спектроскопия, 2010, Т. 109, № 4, С. 672-682.
16. Хансперджер Р. Интегральная оптика: Теория и технология. - М.: Мир, 1985.
17. Физическая энциклопедия / Гл. ред. Прохоров А.М. - М.: Большая Российская энциклопедия, Т. 3, 1992.
18. Горошков Б.И. Радиоэлектронные устройства: Справочник. - М.: Радио и связь, 1984.
19. Отечественные микросхемы и зарубежные аналоги. Справочник / Перельман Б.Л., Шевелев В.И. - М.: НТЦ Микротех, 1998.
20. Дерюгин Л.Н., Марчук А.Н., Сотин В.Е. Излучение с плоского диэлектрического волновода // Изв. вузов. Радиоэлектроника, 1970, Т. 13, № 3, 309-315.
21. Маркузе Д. Оптические волноводы. - М.: Мир, 1974.
22. Интегральная оптика / Под ред. Тамира Т. - М.: Мир, 1978.
23. Содха М. С., Гхатак А. К. Неоднородные оптические волноводы. - М.: Связь, 1980.
24. Унгер Х.Г. Планарные и волоконные оптические волноводы. - М.: Мир, 1980.
25. Снайдер А., Лав Дж. Теория оптических волноводов. - М.: Радио и связь, 1987.
26. Солимено С., Крозиньяни Б., Ди Порто П. Дифракция и волноводное распространение оптического излучения. - М.: Мир, 1989.
27. Андлер Г., Егоров А.А., Черемискин И.В. Определение параметров шероховатости оптической поверхности по рассеянию в диэлектрическом волноводе // Оптика и спектроскопия, 1984, Т. 56, № 4, С. 731-735.
28. Сиро Ф. Васкес С. де Ф., Егоров А.А., Черемискин И.В. К вопросу об определении статистических характеристик нерегулярностей тонкопленочных волноводов // Автометрия, 1991, № 2, С. 51-55.
29. Егоров А.А. Характеристики излучения, рассеянного на шероховатостях поверхности подложки планарного волновода // Поверхность. Физика, Химия, Механика, 1994, № 5, С. 72-76.
30. Егоров А.А. Определение параметров статистического ансамбля микрообъектов в волноводном оптическом микроскопе // Изв. РАН. Серия Физическая, 1999, Т. 63, № 6, С. 1125-1131.
31. Egorov A.A. Restoration of the autocorrelation function of a statistic surface roughness on the light scattering in a planar optical waveguide in the presence of the additive stochastic noise // Proc. SPIE, 2002, V. 4750, pp. 192-201.
32. Yegorov A.A. Inverse light scattering problem in a planar waveguide with statistical subwavelength irregularities: theory and computer simulation // J. Comput. Methods in Sciences and Engineering, 2002, V. 1-2, pp. 277-285.
33. Егоров А.А. Волноводная оптическая микроскопия - новый лазерный метод исследования и контроля // Контроль. Диагностика, 2002, № 4, С. 25-30.
34. Egorov A.A. Theory of laser radiation scattering in integrated optical waveguide with 3D-irregularities in presence of noise: vector consideration // Laser Physics Letters, 2004, V. 1, No. 12, pp. 579-585.
35. Egorov A.A. Use of waveguide light scattering for precision measurements of the statistic parameters of irregularities of integrated optical waveguide materials // Opt. Engineering, 2005, V. 44, No. 1, pp. 014601-1-014601-10.
36. Egorov Alexandre. An integrated optical gas sensor with improved sensitivity and time response // SPIE Newsroom, DOI: 10.1117/2.1200702.0639, 27 February 2007, pp. 1-2.
37. Егоров А.А. Обратная задача рассеяния монохроматического света в статистически нерегулярном волноводе: теория и численное моделирование // Оптика и спектроскопия, 2007, Т. 103, № 4, С. 638-645.
38. Egorov A.A. Influence of light scattering by 3d-irregularities on the characteristics of the integrated optical devices using for optical signal processing // Journal of Radio Electronics, 2008, N. 2.
39. Egorov A.A., Stavtsev A.V., Chekhlova T.K., Timakin A.G., Grygoruk V.I., Gayday Yu.A., Kovalenko A.V., Kurashov V.N. Analysis of the propagation, transformation and scattering of the monochromatic electromagnetic waves in the irregular waveguides: a case of integrated-optical waveguide with statistic surface roughness and a case of optical nanofibers with random rough surface // Журнал Радиоэлектроники, 2010, No. 9.
40. Егоров А.А., Ставцев А.В. Особенности разработки алгоритмов и программ для расчета основных характеристик нерегулярных интегрально-оптических волноводов // Вычислительные методы и программирование, 2010, Т. 11, С. 184-192.