[发明专利]可调谐单纵模光纤激光器、气体浓度检测装置及方法

说明书

本发明揭示了一种可调谐单纵模光纤激光器、气体浓度检测装置及方法，光纤激光器包括光源模块及光纤环路、选频环路，光信号依次途经位于光纤环路中的波分复用器、掺饵光纤放大器、隔离器、环形器、耦合器，且途经耦合器的光信号一部分回复至波分复用器，另一部分作为总输出，光信号依次途经位于选频环路中的环形器、偏振态控制器、掺饵光纤、环形谐振腔、光纤光栅组件、环形谐振腔、掺饵光纤、偏振态控制器而得到波长调制和强度调制的单纵模的光信号，且光信号回复至环形器，光纤光栅组件发出的光信号的波长在一定范围内可连续变化。本发明的光纤激光器可实现在一定范围内的波长扫描，且单色性、稳定性、相干性好，线宽较窄，相位噪声极低。

技术领域

本发明涉及光纤激光器领域，尤其涉及一种可调谐单纵模光纤激光器、气体浓度检测装置及方法。

背景技术

TDLAS（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy，可调谐半导体激光吸收光谱）技术是一种吸收光谱技术，它利用Beer-Lambert关系来定量分析激光能量被被测气体选择吸收产生的衰减来获得气体的浓度。

我们都知道，激光光源可以做到窄线宽，光谱宽度（小于0.1nm）远小于气体吸收谱线的展宽，每种波长对应于特定的气体吸收谱线，因此，可以非常精确地区分不同气体成分。

综上，TDLAS技术具有传统红外光谱分析技术无法实现的一些性能优点。

TDLAS技术主要应用领域包括：(1)获得分子结构的信息；(2)研究动力学过程；(3)气体和温度监测分析。

传统的红外光谱分析技术有红外气体分析仪（CGA）、色谱分析仪（GC）及热导分析仪等，但传统的红外气体分析仪是靠滤波片来进行波长选择的，所选频段往往覆盖了多条吸收谱线，所以存在交叉气体干扰的缺点，而且输出的激光线宽不够窄，时间的相干性差，响应时间慢，且具有较高的相位噪声，因此，对气体的检测方法、技术及成本等提出了更高要求。

纵模是指沿谐振腔轴向的稳定光波振荡模式，是对频率而言的，它对激光的输出频率影响较大，纵模模式间隔的大小取决于激光谐振腔的长度。

单纵模是指纵模间隔极大地变宽，使得谐振腔内只有单一纵模(单一频率)进行振荡，线宽可以达到千赫兹量级，具有极高的时间相干性和极低的相位噪声。

单纵模因其诸多优点而有着广泛的应用和研究前景，例如，在某些实际应用中，如高速光通讯、相干光通信、激光全息、精密计量、微波光子学等要求激光具有高单色性、高相干性，因此，必须利用单纵模工作。

通常，单纵模获得方法有串联F-P滤波器法、短腔长法、多子环法、可饱和吸收体法，获得单纵模的技术难点主要在于如何使谐振腔具有高的模式选择性能，以及如何加入适当的窄带滤波器来辅助选频，因此，急需解决上述技术难点以获取可靠的单纵模。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可调谐单纵模光纤激光器、气体浓度检测装置及方法。

为实现上述发明目的之一，本发明一实施方式提供一种可调谐单纵模光纤激光器，包括光源模块及相连的光纤环路、选频环路，所述光源模块发出的光信号依次途经位于所述光纤环路中的波分复用器、掺饵光纤放大器、隔离器、环形器、耦合器，且途经所述耦合器的光信号的其中一部分回复至所述波分复用器，其中另一部分作为所述光纤激光器的总输出，同时，光信号依次途经位于所述选频环路中的所述环形器、偏振态控制器、掺饵光纤、环形谐振腔、光纤光栅组件、所述环形谐振腔、所述掺饵光纤、所述偏振态控制器而得到波长调制和强度调制的单纵模的光信号，且光信号回复至所述环形器，所述光纤光栅组件发出的光信号的波长在一定范围内可连续变化。