[發(fā)明專利]一種基于摻鉺微納光纖環(huán)形結(jié)激光器的檢測(cè)系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610141885.6
• 申請(qǐng)日: 2016-03-11
• 公開（公告）號(hào): CN105699328B
• 公開（公告）日: 2018-08-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王朋朋;王仁德;朱存光;王光偉;陶雪辰;鄭志麗;孟雙雙;崔婷婷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 濟(jì)南大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N21/39
• 分類號(hào): G01N21/39
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

1.一種基于摻鉺微納光纖環(huán)形結(jié)激光器的檢測(cè)系統(tǒng)，其特征是，該系統(tǒng)用于檢測(cè)有源氣體，該系統(tǒng)的泵浦方式為雙向泵浦，兩個(gè)泵浦光源通過(guò)其所帶尾纖分別與相應(yīng)的波分復(fù)用器的輸入端相連；已封裝的摻鉺微納光纖的環(huán)形結(jié)激光器的尾纖分別與波分復(fù)用器的輸出端相連接；選取其中一個(gè)波分復(fù)用器的輸出端連接到隔離器的正向輸入端，隔離器的輸出端依次與光電探測(cè)器及鎖相放大器相連，所述鎖相放大器還與處理器的輸入端相連，處理器的輸出端分別輸出低頻鋸齒波信號(hào)及高頻正弦波信號(hào)，所述低頻鋸齒波信號(hào)及高頻正弦波信號(hào)均傳輸至加法器進(jìn)行運(yùn)算，加法器的輸出連接至激光器；

處理器同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)低頻鋸齒波信號(hào)及一個(gè)高頻正弦波信號(hào)，一個(gè)低頻鋸齒波信號(hào)及一個(gè)高頻正弦波信號(hào)通過(guò)加法器接入激光器的氣室，通過(guò)改變氣室中壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電壓的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出激光波長(zhǎng)的調(diào)制，同時(shí)通過(guò)給鎖相放大器提供一個(gè)激光器高頻正弦波信號(hào)二倍頻的參考信號(hào)，進(jìn)行鎖相解調(diào)獲得含有吸收氣體濃度信息的二次諧波信號(hào)，最后通過(guò)處理器多次采樣并進(jìn)行平均處理，通過(guò)上位機(jī)實(shí)時(shí)顯示氣體濃度。

2.如權(quán)利要求1所述的一種基于摻鉺微納光纖環(huán)形結(jié)激光器的檢測(cè)系統(tǒng)，其特征是，所述激光器由摻鉺的微納光纖作有源介質(zhì)，環(huán)形結(jié)作為諧振腔；

所述摻鉺的微納光纖為由一塊摻鉺塊狀玻璃借用藍(lán)寶石光纖通過(guò)直接拉伸法拉制而成；所述摻鉺的 微納光纖制成為環(huán)形結(jié)；

兩段單模光纖，每個(gè)單模光纖的一端均制作為拉錐形與環(huán)形結(jié)的一端相連接，每個(gè)單模光纖的另外一端形成為尾纖。

3.如權(quán)利要求2所述的一種基于摻鉺微納光纖環(huán)形結(jié)激光器的檢測(cè)系統(tǒng)，其特征是，接入方法為熔接機(jī)直接熔接，環(huán)形結(jié)上有多個(gè)熔接點(diǎn)。

4.如權(quán)利要求2所述的一種基于摻鉺微納光纖環(huán)形結(jié)激光器的檢測(cè)系統(tǒng)，其特征是，所述的環(huán)形結(jié)尾端分別與單模光纖相連接，單模光纖與環(huán)形結(jié)相連的一端被拉制為拉錐形。

5.如權(quán)利要求2所述的一種基于摻鉺微納光纖環(huán)形結(jié)激光器的檢測(cè)系統(tǒng)，其特征是，所述的摻鉺的微納光纖的纖芯直徑在1μm以下。

6.如權(quán)利要求2所述的一種基于摻鉺微納光纖環(huán)形結(jié)激光器的檢測(cè)系統(tǒng)，其特征是，所述環(huán)形結(jié)直徑為2mm，通過(guò)調(diào)節(jié)環(huán)形結(jié)直徑的大小來(lái)改變諧振腔的尺寸，從而改變激光器輸出激光的波長(zhǎng)。

7.如權(quán)利要求2所述的一種基于摻鉺微納光纖環(huán)形結(jié)激光器的檢測(cè)系統(tǒng)，其特征是，在封裝時(shí)，將摻鉺微納光纖環(huán)形結(jié)激光器的環(huán)形結(jié)部分粘貼固定在圓柱形壓電陶瓷上，將粘貼上摻鉺微納光纖環(huán)形結(jié)激光器的壓電陶瓷固定入金屬密閉容器中形成密封氣室，氣室與外界通過(guò)摻鉺微納光纖環(huán)形結(jié)激光器的尾纖進(jìn)行連接。

8.如權(quán)利要求2所述的一種基于摻鉺微納光纖環(huán)形結(jié)激光器的檢測(cè)系統(tǒng)，其特征是，基于摻鉺微納光纖的環(huán)形結(jié)激光器在制作時(shí)：

選取一塊摻鉺塊狀玻璃，借用藍(lán)寶石光纖通過(guò)直接拉伸法將摻鉺塊狀玻璃拉制成直徑在設(shè)定數(shù)值以下的摻鉺微納光纖，將摻鉺微納光纖制作為環(huán)形結(jié)；

選取兩段單模光纖，每個(gè)單模光纖的一端制作為拉錐形與環(huán)形結(jié)相連接，接入方法為熔接機(jī)直接熔接，每個(gè)單模光纖的另外一端形成為尾纖。

9.使用權(quán)利要求1-8任一所述的一種基于摻鉺微納光纖環(huán)形結(jié)激光器的檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)有源氣體的方法，其特征是，包括以下步驟：

根據(jù)待測(cè)氣體選取與該氣體相適應(yīng)的輸出激光波長(zhǎng)的摻鉺微納光纖的環(huán)形結(jié)激光器作為傳感基元，采用與該待測(cè)氣體相適應(yīng)的泵浦源，在該激光器的諧振腔內(nèi)，在產(chǎn)生激光過(guò)程中有一部分能量的激光以倏逝場(chǎng)的形式外溢到纖芯外表面的空氣中傳播并與待測(cè)氣體相互作用；

此時(shí)將激光器固定在壓電陶瓷上并裸露在待測(cè)氣體中，通過(guò)改變壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電壓的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出激光波長(zhǎng)的調(diào)制，當(dāng)這部分光的波長(zhǎng)掃描過(guò)待測(cè)氣體吸收峰時(shí)，激光器產(chǎn)生的激光能量會(huì)因氣體吸收而產(chǎn)生一定比例的衰減；

最終激光器輸出激光經(jīng)過(guò)波分復(fù)用器的一端輸出并經(jīng)過(guò)隔離器后由光電探測(cè)器接收并進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換；

產(chǎn)生電流信號(hào)由負(fù)反饋放大電路轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，經(jīng)放大后進(jìn)入鎖相放大器，現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列處理器同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)低頻鋸齒波和一個(gè)高頻正弦波通過(guò)加法器接入氣室，通過(guò)改變氣室中壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電壓的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出激光波長(zhǎng)的調(diào)制；

通過(guò)給鎖相放大器提供一個(gè)激光器高頻正弦波信號(hào)二倍頻的參考信號(hào)進(jìn)行鎖相解調(diào)獲得含有吸收氣體濃度信息的二次諧波信號(hào)，最后通過(guò)處理器多次采樣并進(jìn)行平均處理，通過(guò)上位機(jī)實(shí)時(shí)顯示氣體濃度。