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　　隨著現代經濟的快速發展，環境污染與溫室效應日益嚴重，環境與生態保護對氣體檢測系統與技術提出了迫切需求。近年來，隨著光纖傳感技術的快速發展，光纖氣體傳感器研究在國內外受到廣泛重視。光纖氣體傳感器以光波為測量信號載體，對被測環境干擾小，可適應各種環境。

　　光纖倏逝波型氣體探測器是一種新型氣體傳感器，它是利用待測氣體與光纖中傳輸光場的相互作用來實現氣體傳感的。倏逝波型傳感器與其它光纖氣體傳感器相比，具有結構相對簡單、成本較低、可交叉分辨和形成分布式傳感等優點。

　　倏逝波型光纖氣體傳感器憑借其獨特優點與應用潛力，在氣體檢測中嶄露頭角，引起人們的重視與研究，出現了多種特殊構造的光纖傳感元，以提高其靈敏度及響應速率。一種典型的倏逝波光纖氣體傳感器是D形光纖氣體傳感器。1992年，Culshaw.B等人通過去掉普通光纖部分包層形成D形光纖，并直接檢測甲烷在1.66μm波長附近的吸收，其甲烷檢出限為100×10-6。另外一種典型的倏逝波光纖氣體傳感器是錐形光纖傳感器。1987年，Hideo Tai首先把錐形光纖應用于甲烷傳感，將直徑為125μm的多模光纖加熱拉伸，形成長度和直徑分別為5～10nm和1.8μm的傳感區域，得到了1%的靈敏度。2003年，Villatoro.J等人研究了緩刑鈀膜錐形光纖氫氣傳感器。除單模錐形光纖外，Villato-ro.J等人將振蕩火焰加熱法用于多模錐形光纖制作;Espada LI等人以有機硅聚合物作為錐形光纖敏感膜，開展了氨氣和二氧化碳檢測的研究工作，當傳感器錐形區域長度縮短時，傳感器靈敏度增加，響應時問縮短至秒級。

　　隨著發展，出現了多種不同倏逝波型光纖氣體傳感器，如纖芯裸露形光纖傳感器，取出石英纖芯塑料包層(PCS)光纖的塑料包層或去除普通光纖石英包層;纖芯失配形光纖傳感器，將一段單模光纖的兩端分別熔接在多模光纖上：微結構光纖傳感器，微結構光纖又稱為光子晶體光纖或多孔光纖，這類光纖是在纖芯周圍沿著軸向規則排列微小空氣孔構成的，通過這些微小空氣孔對光的約束，實現光傳導。國內運用倏逝波原理研制了一些傳感器，如生物傳感器，它利用熒光效應加上倏逝波原理。

　　而倏逝波型光纖傳感器用在氣體檢測這一方面的研究，我國還在起步階段。2008年黑龍江大學就基于倏逝波原理作了瓦斯氣體傳感器研究，研制出特別傳感頭，其特殊購置纖芯直徑為800μm的大孔徑多模粗光纖，將光纖探頭的端頭傾斜角度磨成45°，兩根同樣光纖端頭平行放置在一起，并使端頭距離控制在波長量級，可得到5×10-4的靈敏度。

　　1 基本原理

　　光纖倏逝波型氣體傳感器基于漸逝場原理，即將一小段光纖剝去包層，置于被測環境中，作為敏感元。當光在光纖中傳播時，會在纖芯(高折射率介質)與包層(低折射率介質)的分界面上發生全反射。實際上，并非所有的光都反射回去的，有一部分的光會透射進低折射率的介質中，形成一種不同于在高折射率介質中傳播的傳輸波。它是一種振幅隨著透射深度按指數形式衰減的點傳輸波，稱之為倏逝波，如圖1所示。

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　　光沿著z軸正方向傳播，倏逝波分配區域為敏感元區，Zm為倏逝波的穿透深度。n1為纖芯的折射率，n2為吸收介質的折射率。θ1為從纖芯入射到吸收介質的入射角。若從纖芯折射入吸收介質的折射角為θr，由斯涅爾定律和全反射條件可得到：

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　　式(3)中E2表示倏逝波沿x方向呈指數規律衰減，而在z方向是一個行波場。E20為進入吸收介質前的初始場強。當倏逝波的振幅衰減到界面處的e-1倍時，這時的徑向深度稱Zm為透射深度：

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　　式(4)中的λ1為傳輸光的波長。

　　當吸收介質中的氣體濃度發生變化時，其折射率n2將發生改變，由式(3)(4)可知，倏逝波的振幅、光強也會變化，同時透射深度Zm也會改變，根據這些變化能進一步建立傳感器輸出光信號與被測氣體類型和濃度的關系。

　　基于以上倏逝波原理，同時考慮氣體光譜吸收理論，根據比爾-朗伯吸收定律有：

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　　式(5)中的I0(λ)為初始光強，I(λ)為經過待測氣體后的光強，aλ為介質的吸收系數，L為氣室的長度，C為待測氣體的濃度。