Ultrafast and Reproducible Fiber-Optic Hydrogen Sensor via a Tilted Fiber Grating With Pd/WO3 Nanocoating

材料科学 超短脉冲 光纤传感器 光纤 光纤布拉格光栅 纤维 光电子学 栅栏 光学 复合材料 物理 激光器 波长
作者
Zhiyong Yang,Xiangyu Yan,Bo Peng,Zhencheng Li,Xudong Xia,Changhai Lü,Daotong You,Kaiwei Li,Tuan Guo
出处
期刊:Photonic Sensors [Springer Nature]
卷期号:15 (2) 被引量:1
标识
DOI:10.1007/s13320-024-0748-7
摘要

Abstract Hydrogen, a high-density and clean energy, has been widely used in various critical applications. However, the safety risk caused by hydrogen leakage during storage and transportation is still a non-negligible issue. Therefore, it is necessary to offer hydrogen sensors with fast response and high repeatability, and it will be perfect for achieving in situ monitoring over the lifecycle of hydrogen production and utilization. Here, we propose a compact optical fiber sensor with a short section of the tilted Bragg fiber grating (TFBG) inscribed in the fiber core and a palladium and tungsten trioxide (Pd/WO 3 ) combined film of 40 nm thickness over the fiber surface. The TFBG excites tens of narrow cladding resonances, part of which possess refractive indexes matching that of the Pd/WO 3 coating and providing the high sensitivity to the surrounding hydrogen concentration change. The sensor offers improved sensing characteristics, including the fast response time (less than 10 s), high repeatability (over tens of measurement), and excellent linear response (higher than 99.6%) over the 0% to 3% concentration range.
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