[发明专利]基于混合干涉计级联增敏的强度探测型气体传感器

说明书

基于混合干涉计级联增敏的强度探测型气体传感器，属于气体浓度测量技术领域。本发明解决了现有光纤气体传感器的灵敏度有待提升的问题。本发明的创新点在于：探测激光器、隔离器I和耦合器II依次连接，所述泵浦激光器、隔离器II与耦合器II依次连接；环形器、滤波器、耦合器II、光电探测器、示波器依次连接；Sagnac干涉计和FP干涉计串联设置，Sagnac干涉计设置在耦合器II与环形器之间，FP干涉计与环形器连接。本发明将Sagnac干涉计与FP干涉计串联，利用游标效应的增敏特性来提高气体测量灵敏度，使被测气体测量灵敏度提高1‑2个数量级。

技术领域

本发明涉及一种气体传感器，具体涉及一种基于混合干涉计级联增敏的强度探测型气 体传感器，属于气体浓度测量技术领域。

背景技术

对于气体浓度的测量，通常采用空间光谱吸收法进行测量，为了提高灵敏度需要大体 积气室，导致仪器体积庞大，难以实现在线检测。

光纤气体传感技术在气体检测技术中属于后起之秀，在20世纪70年代才走进人们的 视野。光纤气体传感器传输功率损耗小，适合长距离测量，在高温、高压等恶劣环境下有较强优势，结构简单，灵敏度高，稳定可靠。鉴于以上种种独特的优势得到了众多科研工 作者的青睐，在实际应用中的地位也逐渐提升，但是现有光纤气体传感器的灵敏度还有待 提升。

发明内容

在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理 解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关 键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念， 以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

鉴于此，本发明为了解决现有光纤气体传感器的灵敏度有待提升的问题，进而提供一 种基于混合干涉计级联增敏的强度探测型气体传感器。将Sagnac环与F-P腔级联，使其 产生游标效应，利用游标效应的增敏特性来提高气体测量灵敏度。与单个的Sagnac环相比，Sagnac环与FP腔级联结构可以使被测气体测量灵敏度提高1-2个数量级。

方案：基于混合干涉计级联增敏的强度探测型气体传感器，包括探测激光器、隔离器 I、环形器、耦合器I、保偏空芯光子晶体光纤、泵浦激光器、隔离器II、滤波器、耦合器II、光电探测器、示波器和FP干涉计；所述保偏空芯光子晶体光纤和耦合器I构成Sagnac 干涉计；

所述探测激光器、隔离器I和耦合器II依次连接，所述泵浦激光器、隔离器II与耦合器II依次连接；所述环形器、滤波器、光电探测器、示波器依次连接；Sagnac干涉计 和FP干涉计串联设置，Sagnac干涉计设置在耦合器II与环形器之间，FP干涉计与环形 器连接；

探测光的光学路径为：探测光由探测激光器发出，依次经过隔离器I依次进入耦合器 II、再由耦合器II依次进入耦合器I、保偏空芯光子晶体光纤后；再由耦合器I依次进入环形器、FP干涉计，再由环形腔进入滤波器、耦合器II和光电探测器；光电探测器将接 收的探测光能量转化为电压输出给示波器；

泵浦光的光学路径为：泵浦光由泵浦激光器发出，依次经过隔离器II、耦合器II、耦 合器I，然后进入保偏空芯光子晶体光纤。

进一步地：所述保偏空芯光子晶体光纤的长度为0.5-5米，保偏空芯光子晶体光纤(保 偏HC-PCF)的两端分别与单模光纤熔接，保偏空芯光子晶体光纤的直径与单模光纤相同 均为125微米。

进一步地：保偏空芯光子晶体光纤的纤芯为空气，纤芯直径为10-30微米；保偏空芯 光子晶体光纤的侧面有多个开孔，保证其纤芯与外界相通，开孔的直径为5-20微米，开孔的密度为10-100个/米。

进一步地：所述耦合器I、耦合器II的分光比为50：50，光束由耦合器I进入Saganc干涉计后，探测光分成两束光，两束光在Sagnac环内沿相反的方向传输，然后经耦合器 I合成一束光，实现干涉。