Highly sensitive hydrogen sensor based on an in-fiber Mach-Zehnder interferometer with polymer infiltration and Pt-loaded WO3 coating

材料科学 氢传感器 三氧化钨 马赫-曾德尔干涉仪 光纤 光学 涂层 干涉测量 聚合物 光电子学 光纤传感器 激光器 纤维 复合材料 纳米技术 化学 冶金 有机化学 催化作用 物理 生物化学
作者
Bin Du,Jun He,Minghong Yang,Ying Wang,Xizhen Xu,Jiachen Wang,Zhe Zhang,Fengchan Zhang,Kuikui Guo,Yiping Wang
出处
期刊:Optics Express [The Optical Society]
卷期号:29 (3): 4147-4147 被引量:19
标识
DOI:10.1364/oe.417424
摘要

A highly sensitive fiberized hydrogen sensor based upon Mach-Zehnder interference (MZI) is experimentally demonstrated. The hydrogen sensor consists of an MZI realized by creating an air cavity inside the core of a half-pitch graded-index fiber (GIF) by use of femtosecond laser micromachining. Thermosensitive polymer was filled into the air cavity and cured by UV illumination. Subsequently, the external surface of the polymer-filled MZI was coated with Pt-loaded tungsten trioxide (WO 3 ). The exothermic reaction occurs as Pt-loaded WO 3 contacts the target of the sensing, i.e. hydrogen in the atmosphere, which leads to a significant local temperature rise on the external surface of the coated MZI sensor. The sensor exhibits a maximum sensitivity up to -1948.68 nm/% (vol %), when the hydrogen concentration increases from 0% to 0.8% at room temperature. Moreover, the sensor exhibits a rapid rising response time (hydrogen concentration increasing) of ∼38 s and falling response time (hydrogen concentration decreasing) of ∼15 s, respectively. Thanks to its small size, strong robustness, high accuracy and repeatability, the proposed in-fiber MZI hydrogen sensor will be a promising tool for hydrogen leakage tracing in many areas, such as safety production and hydrogen medical treatment.
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