[发明专利]气体传感器及用于检测二氧化硫气体浓度变化的方法

权利要求书

1.基于空芯光纤光热效应和光纤环形衰荡腔的气体传感器，其特征在于，所述气体传感器包括环形腔(1)、第一激光器(2)、偏振器(3)、电光调制器(4)、第一隔离器(5)、第二激光器(6)、EDFA(7)、第二隔离器(8)、第一滤波器(9)和探测器(10)；

其中，环形腔(1)由第一耦合器(110)、马赫曾德干涉计(120)、第二滤波器(130)和第二耦合器(140)构成；

所述马赫曾德干涉计(120)包括第三耦合器(120-1)、第四耦合器(120-2)、传感臂(120-3)和参考臂(120-4)，所述传感臂(120-3)由单模光纤、空芯光纤和环行器构成，而所述参考臂(120-4)由单模光纤构成；其中，所述空芯光纤的纤芯内充有二氧化硫气体；所述第三耦合器(120-1)和所述第四耦合器(120-2)的分光比均为50：50；

所述第二激光器(6)的输出波长与二氧化硫的吸收谱峰重合；所述第二激光器(6)发出的泵浦光经所述EDFA(7)、所述第二隔离器(8)、所述第一滤波器(9)和所述环形器后进入所述空芯光纤，并与所述空芯光纤内的二氧化硫相互作用；

所述第一激光器(2)的输出波长与二氧化硫的吸收谱最低处重合；所述第一激光器(2)发出的信号光经所述偏振器(3)和所述电光调制器(4)后变为脉冲信号光；从所述电光调制器(4)输出的脉冲信号光经所述第一隔离器(5)后由所述第一耦合器(110)的1％输入端进入所述环形腔(1)，经所述马赫曾德干涉计(120)和所述第二滤波器(130)后进入所述第二耦合器(140)，从所述第二耦合器(140)输出的脉冲信号光分为两部分：一部分脉冲信号光经所述第二耦合器(140)的99％输出端和所述第一耦合器(110)的99％输入端后在所述环形腔(1)内完成一次循环，而另一部分脉冲信号光经所述第二耦合器(140)的1％输出端输出后由所述探测器(10)接收；

其中，在所述马赫曾德干涉计(120)中，从所述第一耦合器(110)出射的脉冲信号光经过所述第三耦合器(120-1)后分别从从所述第三耦合器(120-1)的第一50％输出端和第二50％输出端输出，其中，从所述第三耦合器(120-1)的第一50％输出端输出的脉冲信号光依次通过所述传感臂(120-3)中的空芯光纤和环行器后进入所述第四耦合器(120-2)的第一50％输入端，而从所述第三耦合器(120-1)的第二50％输出端输出的脉冲信号光通过所述参考臂(120-4)后进入所述第四耦合器(120-2)的第二50％输入端，所述第四耦合器(120-2)的输出端输出的脉冲信号光进入所述第二滤波器(130)。

2.根据权利要求1所述的基于空芯光纤光热效应和光纤环形衰荡腔的气体传感器，其特征在于，所述脉冲信号光的脉宽和周期以及所述环形腔(1)的长度被设置成：使所述脉冲信号光在所述环形腔(1)内循环一周所需的时间tr在所述脉冲信号光的脉宽的2-10倍范围内、且在所述脉冲信号光的周期的1/50-1/20范围内。

3.根据权利要求1或2所述的基于空芯光纤光热效应和光纤环形衰荡腔的气体传感器，其特征在于，在所述传感臂(120-3)中：

所述空芯光纤的一个端面以密封方式连接一段单模光纤的端面，而所述空芯光纤的另一个端面以密封方式连接另一段单模光纤的端面，所述空芯光纤的侧面开有两个孔，所述两个孔分别设置在靠近所述空芯光纤两端的位置。

4.根据权利要求1或2所述的基于空芯光纤光热效应和光纤环形衰荡腔的气体传感器，其特征在于，所述第一激光器(2)和所述第二激光器(6)均为DFB激光器。