[發(fā)明專利]微量氣體光纖光熱受激拉曼光譜檢測(cè)方法和系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011397919.0
• 申請(qǐng)日: 2020-12-04
• 公開（公告）號(hào): CN112683876B
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 萬福;胡錦;陳偉根;王建新;毛航銀;胡熙茜;黃正勇;譚亞雄;杜林;王有元;周湶;朱承治;李劍;王飛鵬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué);國網(wǎng)浙江省電力有限公司
• 主分類號(hào): G01N21/65
• 分類號(hào): G01N21/65
• 代理公司: 北京智繪未來專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11689
• 代理人: 肖繼軍

1.微量氣體光纖光熱受激拉曼光譜檢測(cè)方法，其特征在于，所述檢測(cè)方法包括如下步驟：

步驟1：將待測(cè)氣體通過側(cè)面鉆孔方式填充到空芯光纖；

步驟2：調(diào)制泵浦光與第一探測(cè)光(1)，通過耦合透鏡進(jìn)入空芯光纖，其中，采用泵浦光和待測(cè)氣體移相產(chǎn)生第一探測(cè)光；

步驟3：調(diào)節(jié)泵浦光波長(zhǎng)，使泵浦光和第一探測(cè)光(1)兩者的激光波長(zhǎng)能量差等于待測(cè)氣體的躍遷能量差；

步驟4：第一探測(cè)光(1)作為受激拉曼觸發(fā)激光，與周期性調(diào)制的泵浦光共同激發(fā)氣體產(chǎn)生受激拉曼過程，待測(cè)氣體分子因發(fā)生受激拉曼過程提升為振動(dòng)激發(fā)態(tài)，通過分子碰撞造成局部加熱，引起溫度的增加，溫度變化值與氣體濃度有關(guān)，且將引起纖芯內(nèi)待測(cè)氣體有效折射率的改變，進(jìn)而影響第二探測(cè)光(2)的相位發(fā)生變化；

步驟5：第二探測(cè)光(2)在FP腔內(nèi)形成多光束干涉光，通過解調(diào)儀解調(diào)干涉光相位信號(hào)，并獲取氣體濃度，

其中，F(xiàn)P腔為法布里珀羅干涉儀。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微量氣體光纖光熱受激拉曼光譜檢測(cè)方法，其特征在于，

在步驟1中，所述的空芯光纖為空芯光子帶隙光纖或反諧振光纖，其傳輸波段覆蓋可見光波段和近紅外。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微量氣體光纖光熱受激拉曼光譜檢測(cè)方法，其特征在于，

所述的空芯光纖表面有微米級(jí)別的孔洞，其通過飛秒激光燒蝕而成，從涂覆層貫穿到纖芯，用于氣體進(jìn)入光纖空芯區(qū)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的微量氣體光纖光熱受激拉曼光譜檢測(cè)方法，其特征在于，

空芯光纖表面孔洞鉆孔方式包括平行鉆孔、螺旋式鉆孔或者上下異位鉆孔。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微量氣體光纖光熱受激拉曼光譜檢測(cè)方法，其特征在于，

在步驟5中，所述解調(diào)方式包括偏振解調(diào)、棱鏡偏轉(zhuǎn)解調(diào)、衍射解調(diào)或干涉解調(diào)。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的微量氣體光纖光熱受激拉曼光譜檢測(cè)方法，其特征在于，

所述解調(diào)方式為干涉解調(diào)。

7.一種利用權(quán)利要求1-6中任一權(quán)利要求的所述微量氣體光纖光熱受激拉曼光譜檢測(cè)方法的檢測(cè)系統(tǒng)，所述檢測(cè)系統(tǒng)包括泵浦光、第一探測(cè)光(1)、第二探測(cè)光(2)、第一光纖耦合器(3)、第二光纖耦合器(4)、第三光纖耦合器(5)、解調(diào)儀和反饋電路，其特征在于，

泵浦光和第一探測(cè)光(1)通過耦合透鏡與第一光纖耦合器(3)輸入端相連，第一光纖耦合器(3)輸出端與第二光纖耦合器(4)的輸入端相連，第二探測(cè)光(2)與第二光纖耦合器(4)的輸入端相連，第二光纖耦合器(4)的輸出端與FP腔一端相連，F(xiàn)P腔的另一端與第三光纖耦合器(5)輸入端相連，第三光纖耦合器(5)的輸出端與解調(diào)儀組件和反饋電路相連；

所述泵浦光為脈沖光，用于使氣體分子從低能級(jí)躍遷到激發(fā)態(tài)能級(jí)的光源；

所述耦合透鏡用于將激光束通過鏡片準(zhǔn)直聚焦到光纖內(nèi)；

所述光纖耦合器用于光信號(hào)分路和合路的器件；

所述FP腔包括：?jiǎn)文９饫w，反射鏡，折射率漸變的實(shí)芯光纖和反諧振光纖，用于提供正反饋和控制腔內(nèi)振蕩光束。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的微量氣體光纖光熱受激拉曼光譜檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，

所述的反饋回路包括伺服回路和壓電陶瓷，伺服回路將誤差信號(hào)生成電壓信號(hào)反饋，控制壓電陶瓷運(yùn)動(dòng)，將FP腔鎖定在第二探測(cè)光(2)工作的正交點(diǎn)上，此時(shí)相位變化與輸出光強(qiáng)度呈線性關(guān)系；

所述解調(diào)儀用于解調(diào)干涉信號(hào)。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的微量氣體光纖光熱受激拉曼光譜檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，

所述耦合透鏡包括第一耦合透鏡和第二耦合透鏡，其中，第一耦合透鏡和第二耦合透鏡為聚焦透鏡，用于將脈沖光耦合至單模光纖。