Étude théorique d'un capteur optique intégré évanescent pour la détection polyvalente de gaz et de liquides dans l'infrarouge moyen.

Résumé Une étude théorique d'un capteur optique évanescent pour la détection polyvalente dans l'infrarouge moyen de gaz et de polluants dans l'eau est présentée dans cet article. Les paramètres optogéométriques des transducteurs - guides d'ondes à crête - ont été optimisés afin d'obtenir le facteur de puissance évanescente le plus élevé pour une propagation monomodale dans l'infrarouge moyen. La sensibilité la plus élevée a été obtenue pour une configuration avec une longueur optimale de guide d'onde L-ops = 4.3 cm pour une perte de propagation intrinsèque égale à 1 dB/cm. Une configuration de guide d'onde en spirale est ensuite proposée pour obtenir cette longueur de chemin optique dans une structure monolithique. Un exemple numérique est également inclus en utilisant un guide d'onde à crête basé sur des verres chalcogénures (GeSbSe). Dans le cas de la détection de gaz, un calcul générique des concentrations minimales à détecter en fonction de l'absorption molaire pour toute longueur d'onde de travail est présenté. Des limites de détection extrêmement basses peuvent être atteintes en raison des forts coefficients d'absorption des gaz et des espèces chimiques dans la gamme spectrale de l'infrarouge moyen, 268 ppb dans le cas du dioxyde de carbone à lambda =4,3 p.m, 1,848 ppm et 781 ppb pour le méthane à lambda=3,31 pm et à lambda=7,66 pm respectivement. Pour la détection des polluants dans l'eau, une amélioration de la structure intégrée a été proposée pour éviter l'absorption de l'eau dans cette région spectrale en déposant un polymère (PIB) comme superstrat du guide d'ondes, ainsi la limite de détection pour le toluène est de 26 ppb à lambda=6.68 pm. Ces concentrations minimales qui peuvent être détectées par le capteur Mid-IR sont inférieures aux valeurs limites déterminées dans les normes internationales en matière d'environnement et de santé. Par conséquent, ce capteur optique intégré peut être considéré comme un outil d'aide intéressant pour la surveillance des domaines de l'environnement et de la santé. (C) 2016 Elsevier B.V. Tous droits réservés.