[发明专利]一种基于环形光纤谐振腔的受激拉曼气体传感系统

权利要求书

1.一种基于环形光纤谐振腔的受激拉曼气体传感系统，其特征在于，该系统包括：泵浦光光源、斯托克斯光光源、环形光纤谐振腔、相位调制器、精确锁定单元、信号光电探测器和数据采集卡；所述泵浦光光源作为环形光纤谐振腔的种子光，发出的光经过相位调制器后，通过泵浦光和精确锁定单元调整环形光纤谐振腔的长度，使得环形光纤谐振腔的腔模式锁定到泵浦光光源的出射光光频，利用腔共振增强技术，使泵浦光能在环形光纤谐振腔内相干叠加，功率得到增强；待测气体导入环形光纤谐振腔，斯托克斯光光源发出的光穿过待测气体；当泵浦光和斯托克斯光两者之间的光频差Δν与待测气体分子的拉曼频移ν_gas相等时，斯托克斯光穿过环形光纤谐振腔得到受激拉曼放大，由信号光电探测器探测放大后的斯托克斯光信号，由所述数据采集卡采集斯托克斯光信号，经过数据处理后反演气体浓度。

2.根据权利要求1所述的一种基于环形光纤谐振腔的受激拉曼气体传感系统，其特征在于，所述泵浦光光源为近红外半导体激光器。

3.根据权利要求1所述的一种基于环形光纤谐振腔的受激拉曼气体传感系统，其特征在于，所述环形光纤谐振腔包括：2×2光纤耦合器、压电陶瓷、输出密集波分复用器、输出对接耦合器、输入对接耦合器、输入密集波分复用器、单模光纤和空芯光子晶体光纤；所述2×2光纤耦合器输入端口为A、B，输出端口为C、D；所述泵浦光光源发出近红外激光，经过相位调制器后通过所述单模光纤与所述2×2光纤耦合器的输入端口A连接，所述2×2光纤耦合器的输出端口C通过所述单模光纤与所述输出密集波分复用器连接，所述单模光纤缠绕在所述压电陶瓷上与所述输出密集波分复用器连接，所述输出密集波分复用器、输出对接耦合器、输入对接耦合器和输入密集波分复用器依次通过光纤串联连接，其中所述输出对接耦合器和输入对接耦合器由所述空芯光子晶体光纤连接；所述输入密集波分复用器的另一端与所述2×2光纤耦合器的输入端口B通过单模光纤连接。

4.根据权利要求3所述的一种基于环形光纤谐振腔的受激拉曼气体传感系统，其特征在于，所述输入对接耦合器和输出对接耦合器均由两个同轴的光纤陶瓷插芯和一个包裹所述光纤陶瓷插芯的光纤陶瓷套筒构成，两个光纤陶瓷插芯之间的狭缝1μm。

5.根据权利要求4所述的一种基于环形光纤谐振腔的受激拉曼气体传感系统，其特征在于，所述空芯光子晶体光纤通过所述光纤陶瓷插芯固定安装。

6.根据权利要求4所述的一种基于环形光纤谐振腔的受激拉曼气体传感系统，其特征在于，所述待测气体通过所述光纤陶瓷插芯的狭缝导入到空芯光子晶体光纤内。

7.根据权利要求4所述的一种基于环形光纤谐振腔的受激拉曼气体传感系统，其特征在于，所述斯托克斯光光源发出的光依次通过所述输入密集波分复用器、输入对接耦合器、输出对接耦合器和输出密集波分复用器后，由所述信号光电探测器和所述数据采集卡探测并采集。

8.根据权利要求1所述的一种基于环形光纤谐振腔的受激拉曼气体传感系统，其特征在于，所述精确锁定单元包括：锁频光电探测器、射频信号源、电子混频器和伺服控制器；所述射频信号源控制相位调制器产生边带，与环形光纤谐振腔的泄漏激光通过2×2光纤耦合器的输出端口D在锁频光电探测器上产生拍频信号，进而以射频信号源为参考由电子混频器提取相位信息，然后由伺服控制器产生误差信号来调节压电陶瓷两端的电压进而控制环形光纤谐振腔腔长,最终环形光纤谐振腔模式锁定到泵浦光光源的出射光光频，泵浦光在环形光纤谐振腔内实现相干叠加。