硫化氢气体的泄露极容易对人员和环境等造成极其严重的恶劣后果,因此,研发响应速度快,灵敏度高和可靠稳定的硫化氢气体传感器用于监测特殊环境下的硫化氢气体浓度就显得至关重要。用消逝波检测气体是一种典型的光学检测技术,这种技术的传感器敏感元件与光输入输出波导部分是分开的,有测试信号不受输入和输出光波导耦合干扰的特点,同时也具有其他传统方法无法比拟的灵敏度高、抗电磁干扰、可传输信号的频带宽、可实现点位式或分布式测量、信号可以长距离传输等优点。研究提出了一种对硫化氢气体敏感的有机聚合物脊形光波导结构,聚合物是聚乙烯亚胺(PEI)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)按一定比例共混而成,其中PEI含有大量的可与硫化氢气体反应的氨基基团,对硫化氢有强烈的吸附作用,改善了传感器敏感元件芯层涂覆硫化氢敏感物质不均匀问题。脊形波导结构可以使传感器件体积更小,便于系统集成,还可以增大波导截面,减少与光纤或其他器件的耦合损耗。通过合理设计脊形波导尺寸可以控制导波光场的分布,增加消逝场与硫化氢气体的接触,加上PEI对硫化氢有强烈的吸附作用,有望提高消逝场传感的硫化氢气体浓度信号,详细内容如下:分析了利用光波导消逝场检测硫化氢气体浓度的原理,作为消逝场传感器的敏感元件,光波导对传感器的性能有极大的影响,所以分析了用来制作波导的材料以及材料对硫化氢气体的响应和吸附原理。从光的电磁理论出发,用波动光学理论分析了三层平板波导的模式特性,并用有效折射率法,基于三层平板波导导模理论分析了脊形波导导模的传播模式特性,为以后的有机聚合物脊形波导的设计提供理论基础。分析了脊形波导的单模判据,得出脊形波导结构参数之间的关系,具体到研究用的PEI/PMMA共混有机聚合物,设计的有机聚合物脊形波导合理的结构尺寸为内脊高H=4.5μm、外脊高h=2.5μm、脊宽W=4.2μm。最后模拟仿真了有机聚合物脊形波导的模式和场分布,得到用于检测硫化氢的有机聚合物脊形波导最佳结构参数。研究了共混有机聚合物的配制方法,找到溶解PMMA和PEI的合适的溶剂为冰乙酸,PMMA和PEI合适的配比为10g20%PMMA的冰乙酸溶液+0.04g PEI;用紫外吸收光谱研究温度对薄膜响应的影响;探究了共混有机聚合物的成膜特性和有机聚合物脊形波导制作工艺,研制出符合设计尺寸的脊形波导;搭建光学系统,测试了脊形波导的传输模式。