[發(fā)明專利]一種全光纖激光內腔式光熱光譜的檢測裝置及方法

在審

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• 申請日: 2022-03-17
• 公開（公告）號: CN114577752A
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發(fā)明（設計）人: 毛雪峰;紀笑嚴
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: G01N21/39
• 分類號: G01N21/39;G01N21/17
• 代理公司: 北京同恒源知識產(chǎn)權代理有限公司 11275
• 代理人: 廖曦

本發(fā)明涉及一種全光纖激光內腔式光熱光譜的檢測裝置及方法，屬于氣體檢測技術領域。該裝置包括傳感激光光源、激勵激光光源、波分復用器、光子帶隙光纖氣體池、光纖反射鏡、內含反射面的單模光纖、耦合器、隔離器、光電探測器、信號采集與處理電路、濾波器、計算機和環(huán)形器，本發(fā)明的光子帶隙光纖氣體池在光纖F?P腔內，利用PGC解調算法實現(xiàn)對氣體濃度的測量，實現(xiàn)了感測單元的全光纖化，使裝置具有電磁免疫、抗振動干擾能力，傳感探測端的無機械部件設計也大大提高了裝置的工作穩(wěn)定性和可靠性。該裝置采用內腔式環(huán)形腔激光設計，從而大幅度提高靈敏度。另外，待測氣體充斥在光子帶隙光纖的孔隙中，大幅度提高了氣體對激光能量的吸收，有助于提高裝置的靈敏度。

技術領域

本發(fā)明屬于氣體檢測技術領域，涉及一種全光纖激光內腔式光熱光譜的檢測裝置及方法。

背景技術

激光光熱光譜的檢測具有高靈敏度，穩(wěn)定性好，遠距離的便捷性和多點測量、抗干擾能力強等眾多優(yōu)點，它可以檢測極其微弱的光譜吸收；可以實現(xiàn)氣體樣品中測量無機和有機成分的高靈敏度的分析測試；可以實現(xiàn)大氣污染的遠程遙測，可以用于指紋的顯微成像，在分析測試和無損檢測領域都有著優(yōu)秀的應用。

光熱光譜法是通過調制或脈沖光來激發(fā)待測樣品，隨后由非輻射衰減造成光熱效應，與此同時用F-P腔內的相位變化來探測待測氣體的濃度，是一種以光熱轉換為特征的光譜學方法。其中待測樣品的光吸收可以由波長相關的吸收度

其中β(λ)為待測樣品的吸收系數(shù)，光熱光譜法在選擇頻率時比較困難，并且應該考慮到待測樣品的熱學參數(shù)，以了解信號產(chǎn)生過程。在儀器的靈敏度和時間的分辨率上也是具有很大的問題。

文獻1[Coufal,H；Tong,Wang.Photothermal and photoacoustic spectroscopy,Foreign Analytical Instrumentation,1994(1):1-8]報道了通過檢測所產(chǎn)生的熱和聲波進行檢測的技術，但由于調整的頻率范圍有限，激發(fā)脈沖有可能對測試樣品造成損傷或影響到對溫度敏感的試樣性質。

文獻2[Yan Zhao,Wei Jin,Yuechuan Lin,Fan Yang,and Hoi Lut Ho,All-fiber gas sensor with intracavity photothermal spectroscopy,Opt.Lett.43,1566-1569(2018)]全光纖光熱光譜傳感器增強光熱光譜信號，提高了測試氣體濃度的靈敏度，但受到環(huán)形光纖激光器的穩(wěn)定性和腔內損耗的限制，對ppb級的氣體測量仍然具有局限性。

綜上所述，針對激光光熱光譜傳感器對微量氣體的測量提出一種的高靈敏度、高穩(wěn)定性的測量方法及系統(tǒng)具有重要的意義和實用價值。

發(fā)明內容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種全光纖激光內腔式光熱光譜的檢測裝置及方法。

為達到上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：

一種全光纖激光內腔式光熱光譜的檢測裝置，該裝置包括：傳感激光光源1、環(huán)形器2、鍍膜的單模光纖3、波分復用器4、光子帶隙光纖氣體池5、光纖反射鏡6、激勵激光光源7、隔離器8、光電探測器9、耦合器10、信號采集與處理電路11和計算機12；

其中，所述傳感激光光源1與環(huán)形器2相連接；

環(huán)形器2分別與鍍膜的單模光纖3和光電探測器9相連接；

波分復用器4分別與環(huán)形器2、鍍膜的單模光纖3和光子帶隙光纖氣體池5相連接；

激勵激光光源7分別與隔離器8、耦合器10、濾波器13和環(huán)形器2相連接；

光子帶隙光纖氣體池5與光纖反射鏡6相連接；

光電探測器9與信號采集與處理電路11相連接；