[发明专利]一种基于微纳掺铒光纤的激光器的检测系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于微纳掺铒光纤的激光器的检测系统及方法，该激光器为分布式布拉格反射‑微纳光纤激光器，所述激光器包括由掺铒的微纳光纤作有源介质，单模光纤刻入布拉格光栅作为谐振腔共同构成；所述掺铒的微纳光纤为由一块掺铒块状玻璃借用蓝宝石光纤通过直接拉伸法拉制而成；通过紫外光照射相位掩膜板的方法写入选取的两段单模光纤分别形成布拉格光栅，每个布拉格光栅两端的尾纤长度不相等；本发明将微纳光纤的强倏逝场场置于光纤激光器谐振腔中，检测灵敏度可以提高几个数量级，实现了激光输出与传感一体化。

技术领域

本发明涉及光纤激光传感检测技术领域，尤其涉及一种基于微纳掺铒光纤的激光器的检测系统及方法。

背景技术

工农业生产以及日常生活中，如何对有毒、有害、易燃、易爆气体进行准确、快速检测已成为急需解决的重要问题之一。这些气体组分含量可能在百万分之一量级或者以下，针对这些痕量气体则需要高灵敏度的气体检测装置。光纤气体传感器以本征安全、抗电磁干扰、耐高温高压，易远程传输和复用等优势越来越受到研究人员的重视。倏逝场型光纤气体传感器是利用待测气体与光纤中传输光场的相互作用来实现气体传感的一种新型传感器。与其它光纤气体传感器相比，具有结构相对简单、成本较低、可交叉分辨和形成分布式传感等优点。倏逝场型光纤气体传感器凭借其独特优点与应用潜力，在气体检测中崭露头角，引起人们的重视与研究。微纳光纤的出现为倏逝场型气体传感器提供了巨大的发展空间。当光纤直径接近微纳量级时，光场有很大一部分能量分布在光纤之外以倏逝场的形式进行传输，这部分能量比例甚至可以超过90％，与外界环境发生相互作用时，可以用来构建超紧凑的传感器。微纳光纤的制备技术以及微纳光纤器件的制作技术已经发展的相对成熟，Optics Express,vol.14(12),pp.5055-5060,2006,Shi L,Chen X F,Liu H J,et al.“Fabrication of submicron-diameter silica fibers using electric stripheater,”提出利用电加热金属条作为熔融光纤热源的方法，获得了长达10cm且直径小于1μm的微纳光纤；Nanotechnology,vol.16,pp.1445-1448,2005,L.Tong,J.Lou,Z.Ye,G.T.Svacha,and E.Mazur.“Self-modulated taper drawing of silica nanowires,”提出了自调节拉伸法，利用这种方法可以制备出直径小至20nm的微纳光纤。Appl.Phys.Lett,vol.86(15),pp.151122,2005,W.Liang,Y.Y.Huang,Y.Xu,et al.“Highly sensitivefiber Bragg grating refractive index sensors,”提出利用两个微纳光纤Bragg光栅构造了一个F-P谐振腔，并利用谐振腔共振波长的移动应用为了液体浓度传感器。但是到目前为止，有关基于微纳光纤的气体传感器方面的研究报道较少，最主要原因是由于微纳光纤的拉制长度不够长，作为倏逝场型气体传感器使用时吸收路径较短，探测灵敏度受到限制。

目前常用的气体检测方法中红外光谱吸收法一直受到广泛关注，其关键技术有差分吸收光谱技术、可调谐半导体激光吸收光谱技术以及光声光谱技术等。传统的吸收技术由于气体有效吸收光程有限，所以其检测灵敏度不会很高。

总之，现有的气体检测在灵敏度、快速、稳定上还不能满足目前的需求，因此，亟需一种新的有源气体检测系统。

发明内容