[發明專利]基于光纖Sagnac環與光纖FP腔級聯增敏的光譜探測型氣體傳感器

在審

• 申請號: 201910044342.6
• 申請日: 2019-01-17
• 公開（公告）號: CN109490235A
• 公開（公告）日: 2019-03-19
• 發明（設計）人: 楊玉強;姜久興;李林軍
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: G01N21/31
• 分類號: G01N21/31;G01N21/17;G01N21/45;G01N21/01
• 代理公司: 哈爾濱市偉晨專利代理事務所(普通合伙) 23209
• 代理人: 李曉敏

基于光纖Sagnac環與光纖FP腔級聯增敏的光譜探測型氣體傳感器，屬于氣體濃度測量技術領域。本發明解決了現有光纖氣體傳感器的靈敏度有待提升的問題。本發明的創新點在于：包括FP干涉計和Sagnac干涉計；泵浦激光器、隔離器II與環形器依次連接；環形器、濾波器、光譜儀依次連接；Sagnac干涉計和FP干涉計串聯設置在隔離器I與環形器之間的光路上，保偏空芯光子晶體光纖和耦合器II構成Sagnac干涉計。本發明將Sagnac干涉計與FP干涉計串聯，使其產生游標效應，利用游標效應的增敏特性來提高氣體測量靈敏度，使被測氣體測量靈敏度提高1?2個數量級。

技術領域

本發明涉及一種氣體傳感器，具體涉及一種基于光纖Sagnac環與光纖FP腔級聯增敏的光譜探測型氣體傳感器，屬于氣體濃度測量技術領域。

背景技術

對于氣體濃度的測量，通常采用空間光譜吸收法進行測量，為了提高靈敏度需要大體積氣室，導致儀器體積龐大，難以實現在線檢測。

光纖氣體傳感技術在氣體檢測技術中屬于后起之秀，在20世紀70年代才走進人們的視野。光纖氣體傳感器傳輸功率損耗小，適合長距離測量，在高溫、高壓等惡劣環境下有較強優勢，結構簡單，靈敏度高，穩定可靠。鑒于以上種種獨特的優勢得到了眾多科研工作者的青睞，在實際應用中的地位也逐漸提升，但是現有光纖氣體傳感器的靈敏度還有待提升。

發明內容

在下文中給出了關于本發明的簡要概述，以便提供關于本發明的某些方面的基本理解。應當理解，這個概述并不是關于本發明的窮舉性概述。它并不是意圖確定本發明的關鍵或重要部分，也不是意圖限定本發明的范圍。其目的僅僅是以簡化的形式給出某些概念，以此作為稍后論述的更詳細描述的前序。

鑒于此，本發明為了解決現有光纖氣體傳感器的靈敏度有待提升的問題，進而提供一種基于光纖Sagnac環與光纖FP腔級聯增敏的光譜探測型氣體傳感器。將Sagnac環與F-P腔級聯，使其產生游標效應，利用游標效應的增敏特性來提高氣體測量靈敏度。與單個的Sagnac環相比，Sagnac環與FP腔級聯結構可以使被測氣體測量靈敏度提高1-2個數量級。

方案：基于光纖Sagnac環與光纖FP腔級聯增敏的光譜探測型氣體傳感器，包括寬譜光源、隔離器I、耦合器I、耦合器II、保偏空芯光子晶體光纖、泵浦激光器、隔離器II、環形器、濾波器、光譜儀和FP干涉計；所述保偏空芯光子晶體光纖和耦合器II構成Sagnac干涉計；

所述寬譜光源、隔離器I和耦合器I依次連接，所述泵浦激光器、隔離器II與環形器依次連接；所述環形器、濾波器、光譜儀依次連接；Sagnac干涉計和FP干涉計串聯設置在隔離器I與環形器之間的光路上；

探測光的光學路徑為：探測光由寬譜光源發出，依次經過隔離器I依次進入耦合器I、FP干涉計后，再由耦合器I依次進入耦合器II、保偏空芯光子晶體光纖后；再由耦合器II依次進入環形器、濾波器、光譜儀；

泵浦光的光學路徑為：泵浦光由泵浦激光器發出，依次經過隔離器II、環形器、耦合器II，然后進入保偏空芯光子晶體光纖。

進一步地：所述保偏空芯光子晶體光纖的長度為0.5-5米，保偏空芯光子晶體光纖(保偏HC-PCF)的兩端分別與單模光纖熔接，保偏空芯光子晶體光纖的直徑與單模光纖相同均為125微米。

進一步地：保偏空芯光子晶體光纖的纖芯為空氣，纖芯直徑為10-30微米；保偏空芯光子晶體光纖的側面有多個開孔，保證其纖芯與外界相通，開孔的直徑為5-20微米，開孔的密度為10-100個/米。

進一步地：所述耦合器I、耦合器II的分光比為50：50，光束由耦合器II進入Saganc干涉計后，探測光分成兩束光，兩束光在Sagnac環內沿相反的方向傳輸，然后經耦合器II合成一束光，實現干涉。