Optical fiber hydrogen sensor based on self-assembled PDMS/Pd-WO3 microbottle resonator

材料科学 谐振器 纤维 光纤 光电子学 氢传感器 光学 复合材料 化学 物理 有机化学 生物化学 催化作用
作者
Yanan Zhang,Mingyue Wang,Naisi Zhu,Bo Han,Yingxuan Liu
出处
期刊:Sensors and Actuators B-chemical [Elsevier]
卷期号:375: 132866-132866 被引量:20
标识
DOI:10.1016/j.snb.2022.132866
摘要

In this paper, a new optical fiber hydrogen(H2) sensor based on a self-assembled microbottle resonator was proposed. The self-assembled microbottle was simply obtained by coating the single-mode fiber (SMF) with an internal composite material layer of palladium-tungsten trioxide (Pd-WO3) that was sensitive to H2 and an outer organic polymer material layer of polydimethylsiloxane (PDMS) with a significant thermal response. The microbottle resonator was further fabricated by coupling a tapered fiber with the self-assembled microbottle to excite whispering gallery mode (WGM). When the WGM resonator is exposed to H2, H2 molecules penetrate the PDMS and undergo redox reaction with the Pd-WO3. After the PDMS absorbs the reaction heat, its volume and refractive index will change, along with the wavelength shift of the WGM resonator. Therefore, a simple and low-cost H2 sensor is realized by observing the shift of resonance wavelength. Experimental results showed that the hydrogen sensor had a maximum sensitivity of − 3.091 nm/% at 25 ℃. And the resonance wavelength just shifted a small distance when the relative humidity increased from 22.87 % to 84.59 % or the temperature rose from 20.2 ℃ to 30 ℃, which indicated the sensor had preferable resistance to disturbances of external humidity and temperature.
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