[發(fā)明專利]一種中紅外布拉格光纖及其氣體定性定量檢測(cè)裝置有效
| 申請(qǐng)?zhí)枺?/td> | 202010108051.1 | 申請(qǐng)日： | 2020-02-21 |
| 公開（公告）號(hào)： | CN111290074B | 公開（公告）日： | 2021-03-02 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 程同蕾;王啟明;李曙光;閆欣;張學(xué)楠;張帆 | 申請(qǐng)（專利權(quán)）人： | 東北大學(xué) |
| 主分類號(hào)： | G02B6/032 | 分類號(hào)： | G02B6/032;G02B6/036;G02B6/02;G01N21/3504 |
| 代理公司： | 沈陽東大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21109 | 代理人： | 馬海芳 |
| 地址： | 110819 遼寧*** | 國省代碼： | 遼寧;21 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 紅外 布拉格 光纖 及其 氣體 定性 定量 檢測(cè) 裝置 | ||
1.一種中紅外布拉格光纖，其特征在于，該中紅外布拉格光纖具有硫碲空芯布拉格結(jié)構(gòu)，包括布拉格結(jié)構(gòu)層和布拉格結(jié)構(gòu)層包圍形成的空芯區(qū)域，布拉格結(jié)構(gòu)層為碲酸鹽玻璃層和硫系玻璃層交替間隔層疊排布；其中，根據(jù)碲酸鹽玻璃層組分和硫系玻璃層組分的折射率大小，由空芯區(qū)域向外，第一層為折射率相對(duì)較大的玻璃層，第二層為折射率相對(duì)較小的玻璃層，按照此排布原則重復(fù)數(shù)次排布；按厚度比，一層折射率相對(duì)較大的玻璃層：一層折射率相對(duì)較小的玻璃層＝1:(1-4)；
上述交替間隔層疊排布，以一層硫系玻璃層和一層碲酸鹽玻璃層為一組疊層，布拉格結(jié)構(gòu)層至少有三組疊層；
所述的中紅外布拉格光纖沿軸向設(shè)置有兩排通孔，每排均布有若干通孔，相對(duì)的兩排孔中相對(duì)應(yīng)的兩個(gè)孔均布在光纖圓周上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中紅外布拉格光纖，其特征在于，所述的交替間隔層疊排布的排布方式，具體為以下兩種中的一種：
第一種，當(dāng)碲酸鹽玻璃層的折射率硫系玻璃層的折射率，由空芯區(qū)域向外，第一層為硫系玻璃層，第二層為碲酸鹽玻璃層，依次類推；按厚度比，一層硫系玻璃層：一層碲酸鹽玻璃層＝1:(1-4)；
第二種，當(dāng)碲酸鹽玻璃層的折射率硫系玻璃層的折射率，由空芯區(qū)域向外，第一層為碲酸鹽玻璃層，第二層為硫系玻璃層，依次類推；按厚度比，一層碲酸鹽玻璃層：一層硫系玻璃層＝1:(1-4)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中紅外布拉格光纖，其特征在于，所述的布拉格結(jié)構(gòu)層用于使感應(yīng)光在空芯中以低損耗低干擾傳輸，并能夠通過調(diào)整碲酸鹽玻璃層和硫系玻璃層使折射率差值≥0.5，同時(shí)通過調(diào)節(jié)玻璃層厚度達(dá)到控制感應(yīng)光譜的傳輸帶寬的目的。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的中紅外布拉格光纖，其特征在于，碲酸鹽玻璃層和硫系玻璃層的折射率差值，通過調(diào)整碲酸鹽玻璃層和硫系玻璃層的組分確定；
感應(yīng)光譜的傳輸帶寬通過調(diào)整碲酸鹽玻璃層和硫系玻璃層的疊層厚度進(jìn)行優(yōu)化；其感應(yīng)光譜的傳輸帶寬的損耗通過調(diào)整碲酸鹽玻璃層和硫系玻璃層的疊層次數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中紅外布拉格光纖，其特征在于，所述的通孔設(shè)置在布拉格結(jié)構(gòu)層，并在光纖中心軸方向，以直線均勻排布。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中紅外布拉格光纖，其特征在于，所述的通孔用于使待測(cè)氣體進(jìn)入中紅外布拉格光纖的空芯區(qū)域；所述的通孔通過激光打孔的方式加工得到。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中紅外布拉格光纖，其特征在于，所述的硫系玻璃層的組分為As2S5或As2Se3，所述的碲酸鹽玻璃層的組分為TeO2·ZnO·PbO·PbF2·Na2O或TeO2·ZnO·Li2·BiO3。
8.一種基于中紅外布拉格光纖的氣體定性定量檢測(cè)裝置，其特征在于，包括權(quán)利要求1-7所述的中紅外布拉格光纖；還包括進(jìn)光光纖、出光光纖、光源、光譜儀；
在中紅外布拉格光纖的一端熔接有進(jìn)光光纖，在中紅外布拉格光纖的另一端熔接有出光光纖的一端；光源設(shè)置在進(jìn)光光纖一端，將出光光纖的另一端和光譜儀連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于中紅外布拉格光纖的氣體定性定量檢測(cè)裝置，其特征在于，所述的進(jìn)光光纖為單模光纖，所述的出光光纖為單模光纖。
10.權(quán)利要求8所述的基于中紅外布拉格光纖的氣體定性定量檢測(cè)裝置的使用方法，其特征在于，包括以下步驟：
步驟1：降噪
中紅外布拉格光纖在空氣狀態(tài)下的吸收光譜；或直接向中紅外布拉格光纖中通入氬氣，形成氬氣環(huán)境；
步驟2：定性定量檢測(cè)
通過在中紅外布拉格光纖側(cè)面軸向上設(shè)置的通孔，使待測(cè)氣體進(jìn)入中紅外布拉格光纖的空芯區(qū)域，對(duì)中紅外布拉格光纖內(nèi)部傳輸?shù)墓膺M(jìn)行吸收，得到通入氣體狀態(tài)下的吸收光譜；
步驟3：數(shù)據(jù)處理
通過通入氣體狀態(tài)下的吸收光譜和在空氣狀態(tài)下的吸收光譜進(jìn)行對(duì)比，得到氣體的吸收光譜，或在氬氣狀態(tài)下直接得到氣體的吸收光譜；根據(jù)氣體的吸收光譜中的中紅外吸收峰波長不同來檢測(cè)氣體的成分，從而達(dá)到定性分析；通過吸收峰的強(qiáng)度，得到氣體中成分的含量，達(dá)到定量分析。
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