[发明专利]一种中红外布拉格光纤及其气体定性定量检测装置

说明书

一种中红外布拉格光纤及其气体定性定量检测装置，属于光学与激光光子技术领域。该中红外布拉格光纤，包括布拉格结构层和布拉格结构层包围形成的空芯区域，布拉格结构层为碲酸盐玻璃层和硫系玻璃层交替间隔层叠排布；以一层硫系玻璃层和一层碲酸盐玻璃层为一组叠层，布拉格结构层至少有三组叠层；所述的中红外布拉格光纤沿轴向设置有两排通孔，每排均布有若干通孔，相对的两排孔中相对应的两个孔均布在光纤圆周上。该光纤能够检测气体中红外吸收峰的位置和强度，并且测量精度高、灵敏度好。测量后无需更换中红外布拉格光纤，也能够实现气体的检测。

技术领域

本发明涉及光学与激光光子技术领域，具体涉及传感光纤及检测装置技术领域，特别涉及一种中红外布拉格光纤及其气体定性定量检测装置。

背景技术

随着技术的发展，光纤传感技术已经广泛应用。

光纤传感技术包括对待测物质的感知和传输两种功能，感知是外界信号根据其变化规律使光纤传输信号产生变化改变，测量光参量变化来感知待测物质，如：强度、波长、频率等。传输是指光纤将测量待测物质的光波传输到光探测器的过程。

其中，在气体监测中最常用的是红外吸收法检测物质成分并根据朗伯比尔定律测定气体浓度。传统的红外吸收法采用石英光纤只能传输近红外激光，而绝大多数气体在中红外光谱区(“指纹”区)具有明显的特征吸收谱，致使石英光纤无法用于中红外气体特征光谱的检测，利用中红外布拉格光纤可以检测气体中红外吸收峰，使得精度与灵敏度大幅度提升。例如甲烷中红外3.3μm处吸收峰强度为1.5μm处的1000倍以上。并且，采用石英光纤测定待测物质时，每一次都可能需要更换传感用光纤，在检测多种物质时还可能进行光纤熔接和切断，这会导致光纤接口出现损耗，使检测结果存在误差。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种中红外布拉格光纤及其气体定性定量检测装置，该中红外布拉格光纤用于气体定性定量检测装置，能够检测中红外吸收峰波长和强度，并且测量精度高、灵敏度好。测量后无需更换中红外布拉格光纤，也能够实现气体的检测。

本发明的一种中红外布拉格光纤，具有硫碲空芯布拉格结构，包括布拉格结构层和布拉格结构层包围形成的空芯区域，布拉格结构层为碲酸盐玻璃层和硫系玻璃层交替间隔层叠排布；其中，根据碲酸盐玻璃层组分和硫系玻璃层组分的折射率大小，由空芯区域向外，第一层为折射率相对较大的玻璃层，第二层为折射率相对较小的玻璃层，按照此排布原则重复数次排布；按厚度比，一层折射率相对较大的玻璃层：一层折射率相对较小的玻璃层＝1:(1-4)；

具体分为以下两种排布方式：

第一种，当碲酸盐玻璃层的折射率硫系玻璃层的折射率，由空芯区域向外，第一层为硫系玻璃层，第二层为碲酸盐玻璃层，依次类推；按厚度比，一层硫系玻璃层：一层碲酸盐玻璃层＝1:(1-4)；

第二种，当碲酸盐玻璃层的折射率硫系玻璃层的折射率，由空芯区域向外，第一层为碲酸盐玻璃层，第二层为硫系玻璃层，依次类推；按厚度比，一层碲酸盐玻璃层：一层硫系玻璃层＝1:(1-4)；

上述交替间隔层叠排布，以一层硫系玻璃层和一层碲酸盐玻璃层为一组叠层，布拉格结构层至少有三组叠层；

所述的中红外布拉格光纤沿轴向设置有两排通孔，每排均布有若干通孔，相对的两排孔中相对应的两个孔均布在光纤圆周上。

布拉格结构层可使感应光在空芯中以低损耗低干扰传输，能够通过调整碲酸盐玻璃层和硫系玻璃层的折射率差值(大于0.5)和玻璃层厚度达到控制感应光谱的传输带宽(即检测范围)的目的；

所述的中红外布拉格光纤，用于传输中红外激光。

所述的碲酸盐玻璃层和硫系玻璃层的折射率差值，通过调整碲酸盐玻璃层和硫系玻璃层的组分确定。