[发明专利]一种基于掺铒微纳光纤环形结激光器的检测系统及方法

权利要求书

1.一种基于掺铒微纳光纤环形结激光器的检测系统，其特征是，该系统用于检测有源气体，该系统的泵浦方式为双向泵浦，两个泵浦光源通过其所带尾纤分别与相应的波分复用器的输入端相连；已封装的掺铒微纳光纤的环形结激光器的尾纤分别与波分复用器的输出端相连接；选取其中一个波分复用器的输出端连接到隔离器的正向输入端，隔离器的输出端依次与光电探测器及锁相放大器相连，所述锁相放大器还与处理器的输入端相连，处理器的输出端分别输出低频锯齿波信号及高频正弦波信号，所述低频锯齿波信号及高频正弦波信号均传输至加法器进行运算，加法器的输出连接至激光器；

处理器同时产生一个低频锯齿波信号及一个高频正弦波信号，一个低频锯齿波信号及一个高频正弦波信号通过加法器接入激光器的气室，通过改变气室中压电陶瓷驱动电压的大小来实现对输出激光波长的调制，同时通过给锁相放大器提供一个激光器高频正弦波信号二倍频的参考信号，进行锁相解调获得含有吸收气体浓度信息的二次谐波信号，最后通过处理器多次采样并进行平均处理，通过上位机实时显示气体浓度。

2.如权利要求1所述的一种基于掺铒微纳光纤环形结激光器的检测系统，其特征是，所述激光器由掺铒的微纳光纤作有源介质，环形结作为谐振腔；

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；所述掺铒的 微纳光纤制成为环形结；

两段单模光纤，每个单模光纤的一端均制作为拉锥形与环形结的一端相连接，每个单模光纤的另外一端形成为尾纤。

3.如权利要求2所述的一种基于掺铒微纳光纤环形结激光器的检测系统，其特征是，接入方法为熔接机直接熔接，环形结上有多个熔接点。

4.如权利要求2所述的一种基于掺铒微纳光纤环形结激光器的检测系统，其特征是，所述的环形结尾端分别与单模光纤相连接，单模光纤与环形结相连的一端被拉制为拉锥形。

5.如权利要求2所述的一种基于掺铒微纳光纤环形结激光器的检测系统，其特征是，所述的掺铒的微纳光纤的纤芯直径在1μm以下。

6.如权利要求2所述的一种基于掺铒微纳光纤环形结激光器的检测系统，其特征是，所述环形结直径为2mm，通过调节环形结直径的大小来改变谐振腔的尺寸，从而改变激光器输出激光的波长。

7.如权利要求2所述的一种基于掺铒微纳光纤环形结激光器的检测系统，其特征是，在封装时，将掺铒微纳光纤环形结激光器的环形结部分粘贴固定在圆柱形压电陶瓷上，将粘贴上掺铒微纳光纤环形结激光器的压电陶瓷固定入金属密闭容器中形成密封气室，气室与外界通过掺铒微纳光纤环形结激光器的尾纤进行连接。

8.如权利要求2所述的一种基于掺铒微纳光纤环形结激光器的检测系统，其特征是，基于掺铒微纳光纤的环形结激光器在制作时：

选取一块掺铒块状玻璃，借用蓝宝石光纤通过直接拉伸法将掺铒块状玻璃拉制成直径在设定数值以下的掺铒微纳光纤，将掺铒微纳光纤制作为环形结；

选取两段单模光纤，每个单模光纤的一端制作为拉锥形与环形结相连接，接入方法为熔接机直接熔接，每个单模光纤的另外一端形成为尾纤。

9.使用权利要求1-8任一所述的一种基于掺铒微纳光纤环形结激光器的检测系统检测有源气体的方法，其特征是，包括以下步骤：

根据待测气体选取与该气体相适应的输出激光波长的掺铒微纳光纤的环形结激光器作为传感基元，采用与该待测气体相适应的泵浦源，在该激光器的谐振腔内，在产生激光过程中有一部分能量的激光以倏逝场的形式外溢到纤芯外表面的空气中传播并与待测气体相互作用；

此时将激光器固定在压电陶瓷上并裸露在待测气体中，通过改变压电陶瓷驱动电压的大小来实现对输出激光波长的调制，当这部分光的波长扫描过待测气体吸收峰时，激光器产生的激光能量会因气体吸收而产生一定比例的衰减；

最终激光器输出激光经过波分复用器的一端输出并经过隔离器后由光电探测器接收并进行光电转换；

产生电流信号由负反馈放大电路转换为电压信号，经放大后进入锁相放大器，现场可编程逻辑门阵列处理器同时产生一个低频锯齿波和一个高频正弦波通过加法器接入气室，通过改变气室中压电陶瓷驱动电压的大小来实现对输出激光波长的调制；

通过给锁相放大器提供一个激光器高频正弦波信号二倍频的参考信号进行锁相解调获得含有吸收气体浓度信息的二次谐波信号，最后通过处理器多次采样并进行平均处理，通过上位机实时显示气体浓度。