近年来,基于光子晶体光纤慢光效应制备的气体传感器与传统气体传感器相比具有很多优势,引起了科研工作者们的关注。基于光纤慢光效应制备的气体传感器不仅可以减小器件尺寸,还可以降低光子的传播速度,即增加了光纤与主介质（例如气体分子）相互作用的有效光学长度,进而增强气体吸收。因此,本论文主要研究了基于慢光增强的甲烷气体传感系统。甲烷（CH₄）是天然气的主要成分,同时也是造成温室效应的气体之一。更重要的是,在工业生产时,例如采煤业和液化CH₄的处理过程中,由于CH₄易燃易爆的特性,不仅会造成安全隐患还会造成环境的污染。因此,实时监测空气中CH₄的浓度尤为重要。本论文首先设计了基于传统多通池气室的甲烷传感系统。其次,为了增强甲烷气体的吸收,采用COMSOL软件设计了一种可调谐的空芯带隙型光子晶体光纤结构,建立了基于光子晶体光纤慢光效应的近红外甲烷传感系统模型,分析了慢光效应对甲烷气体吸收的影响。本文的研究内容:1.阐述了本论文的研究意义。介绍了基于传统多通池气室的气体传感技术和基于慢光效应的光子晶体光纤气体传感技术的国内外研究进展。相比于传统的多通池气室,基于慢光效应的光子晶体光纤气室增强了气体吸收。2.设计了基于传统多通池气室的近红外甲烷传感系统,多通池的有效吸收光程为14.8m,采用分布反馈激光器作为光源。参照标准配气法,配备了10-100ppmv的甲烷气体。编写了基于LabVIEW的数据产生、采集与处理程序,用于提取二次谐波、标定浓度和稳定性测试。为了增大二次谐波信号,优化了系统的调制深度,约为0.0015cm^-1。3.介绍了光子晶体光纤的分类及其分析方法。利用微流控技术设计了一种模式可调谐的空芯带隙型光子晶体光纤结构,使用COMSOL软件计算了该光纤的色散曲线、增强吸收因子等特性。在该光纤参数不变的情况下,填充折射率不同的液体,可以改变光纤的色散曲线。选取氨气在1.5304μm和乙炔在1.534μm处的吸收波长,填充特定折射率的液体,可将光子晶体光纤的慢光模式调节到该两种气体的吸收波长处,此时两种气体的吸收将达到最大。同时,分析了基于多孔填充的光子晶体光纤的慢光效应。4.建立了基于慢光增强的甲烷传感系统模型。计算了甲烷气体的增强吸收因子,研究了慢光效应对甲烷气体吸收的影响。采用LabVIEW软件提取了有无慢光作用下甲烷气体的二次谐波信号。本文创新点:1、设计了一种空芯带隙型光子晶体光纤结构,该结构参数为:晶格常数Λ=3.88,芯层直径D=2.52Λ,包层空气孔直径d=0.9Λ。利用微流控技术,填充不同折射率的光学流体,调谐光纤特定的模式,使其恰好与气体的吸收谱线相匹配,增强光与气体反应,提高气体检测下限。2、建立了基于慢光增强的甲烷传感系统模型。其包括可调谐激光器,两个光纤耦合器,空芯帯隙型光子晶体光纤,红外探测器、放大器和锁相放大器。建立吸收信号模型,用LabVIEW提取了有无慢光作用下甲烷气体的二次谐波信号。