[發明專利]一種中紅外布拉格光纖及其氣體定性定量檢測裝置

有效

• 申請號: 202010108051.1
• 申請日: 2020-02-21
• 公開（公告）號: CN111290074B
• 公開（公告）日: 2021-03-02
• 發明（設計）人: 程同蕾;王啟明;李曙光;閆欣;張學楠;張帆
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G02B6/032
• 分類號: G02B6/032;G02B6/036;G02B6/02;G01N21/3504
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 馬海芳

一種中紅外布拉格光纖及其氣體定性定量檢測裝置，屬于光學與激光光子技術領域。該中紅外布拉格光纖，包括布拉格結構層和布拉格結構層包圍形成的空芯區域，布拉格結構層為碲酸鹽玻璃層和硫系玻璃層交替間隔層疊排布；以一層硫系玻璃層和一層碲酸鹽玻璃層為一組疊層，布拉格結構層至少有三組疊層；所述的中紅外布拉格光纖沿軸向設置有兩排通孔，每排均布有若干通孔，相對的兩排孔中相對應的兩個孔均布在光纖圓周上。該光纖能夠檢測氣體中紅外吸收峰的位置和強度，并且測量精度高、靈敏度好。測量后無需更換中紅外布拉格光纖，也能夠實現氣體的檢測。

技術領域

本發明涉及光學與激光光子技術領域，具體涉及傳感光纖及檢測裝置技術領域，特別涉及一種中紅外布拉格光纖及其氣體定性定量檢測裝置。

背景技術

隨著技術的發展，光纖傳感技術已經廣泛應用。

光纖傳感技術包括對待測物質的感知和傳輸兩種功能，感知是外界信號根據其變化規律使光纖傳輸信號產生變化改變，測量光參量變化來感知待測物質，如：強度、波長、頻率等。傳輸是指光纖將測量待測物質的光波傳輸到光探測器的過程。

其中，在氣體監測中最常用的是紅外吸收法檢測物質成分并根據朗伯比爾定律測定氣體濃度。傳統的紅外吸收法采用石英光纖只能傳輸近紅外激光，而絕大多數氣體在中紅外光譜區(“指紋”區)具有明顯的特征吸收譜，致使石英光纖無法用于中紅外氣體特征光譜的檢測，利用中紅外布拉格光纖可以檢測氣體中紅外吸收峰，使得精度與靈敏度大幅度提升。例如甲烷中紅外3.3μm處吸收峰強度為1.5μm處的1000倍以上。并且，采用石英光纖測定待測物質時，每一次都可能需要更換傳感用光纖，在檢測多種物質時還可能進行光纖熔接和切斷，這會導致光纖接口出現損耗，使檢測結果存在誤差。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供了一種中紅外布拉格光纖及其氣體定性定量檢測裝置，該中紅外布拉格光纖用于氣體定性定量檢測裝置，能夠檢測中紅外吸收峰波長和強度，并且測量精度高、靈敏度好。測量后無需更換中紅外布拉格光纖，也能夠實現氣體的檢測。

本發明的一種中紅外布拉格光纖，具有硫碲空芯布拉格結構，包括布拉格結構層和布拉格結構層包圍形成的空芯區域，布拉格結構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，由空芯區域向外，第一層為折射率相對較大的玻璃層，第二層為折射率相對較小的玻璃層，按照此排布原則重復數次排布；按厚度比，一層折射率相對較大的玻璃層：一層折射率相對較小的玻璃層＝1:(1-4)；

具體分為以下兩種排布方式：

第一種，當碲酸鹽玻璃層的折射率硫系玻璃層的折射率，由空芯區域向外，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，當碲酸鹽玻璃層的折射率硫系玻璃層的折射率，由空芯區域向外，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)；

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，布拉格結構層至少有三組疊層；

所述的中紅外布拉格光纖沿軸向設置有兩排通孔，每排均布有若干通孔，相對的兩排孔中相對應的兩個孔均布在光纖圓周上。

布拉格結構層可使感應光在空芯中以低損耗低干擾傳輸，能夠通過調整碲酸鹽玻璃層和硫系玻璃層的折射率差值(大于0.5)和玻璃層厚度達到控制感應光譜的傳輸帶寬(即檢測范圍)的目的；

所述的中紅外布拉格光纖，用于傳輸中紅外激光。

所述的碲酸鹽玻璃層和硫系玻璃層的折射率差值，通過調整碲酸鹽玻璃層和硫系玻璃層的組分確定。