[实用新型]基于特种增益光纤的可调谐半导体激光吸收光谱装置

说明书

本实用新型涉及一种基于特种增益光纤的可调谐半导体激光吸收光谱装置。本实用新型包括特种增益光纤、半导体激光器、泵浦激光器、滤波器、光电探测器和多功能电路模块。所述半导体激光器和泵浦激光器输出的激光注入所述特种增益光纤；所述特种增益光纤输出的激光经过滤波器去除泵浦光、保留信号光，最后注入到光电探测器；所述多功能电路模块连接光电探测器，并采集光电转换后的电信号；所述的半导体激光器受控于所述多功能电路模块，所述的泵浦激光器受控于所述多功能电路模块。本实用新型利用特种增益光纤取代传统的多通池，从而有效延长信号光和待测物质的作用距离，具有灵敏度高、系统稳定等优点。

技术领域

本实用新型涉及激光吸收光谱技术领域，涉及一种基于特种增益光纤的可调谐半导体激光吸收光谱装置。

背景技术

激光吸收光谱技术经过几十年的发展，在气体传感、微量元素分析、材料分析等方面取得了重大的应用成就。激光吸收光谱技术具有很多优点，比如灵敏度高、抗电磁干扰、实时、动态、多组分同时测量等，在环境保护、工业应用、医疗健康、科学研究等领域有广泛的应用。

可调谐半导体激光吸收光谱（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy）技术是应用最广的激光吸收光谱技术之一，其核心是利用可调谐半导体激光器的窄线宽和波长随注入电流改变的特性实现对分子的单个或几个距离很近很难分辨的吸收线进行测量，目前已经发展成为了常用的大气中痕量气体的高灵敏度监测技术。

为了提高可调谐半导体激光吸收光谱技术的探测灵敏度，通常要采用高强度的激光光源和往复式光路设计（增加光程长度）。因此，能够极大增加激光与待测物质作用光程（几百上千倍）的多通池成为实现激光吸收光谱技术方案的核心器件之一。多通池通常采用极高反射率的两个光学镜片构成一个精密的光学腔，并附加精密的位置调节，确保光束在光学腔内多次反射。多通池价格昂贵，体积较大，抗振抗压能力低，且受限于光学镜片反射率及光束质量，能够增加的光程仍然不大（一般在几十米水平），极大地限制了可调谐半导体激光吸收光谱技术的应用。

受益于光通讯技术的巨大进步，光纤技术已经成熟发展。普通通信光纤在1.5微米波段具有极低的传输损耗（0.15dB/km），意味着光传输20公里仅有3dB的损耗。同时，特种增益光纤也被发展起来，能够为在光纤中传输的光提供损耗补偿。本实用新型提出一种新型的可调谐半导体激光吸收光谱技术装置，用低损耗的特种增益光纤取代多通池，突破多通池光程放大倍数的限制，降低系统对振动等环境扰动的敏感性，提高系统灵敏度。

发明内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种基于特种增益光纤的可调谐半导体激光吸收光谱装置。

本实用新型解决技术问题所采取的技术方案为：

本实用新型包括特种增益光纤、半导体激光器、泵浦激光器、滤波器、光电探测器和多功能电路模块。

所述半导体激光器和泵浦激光器输出的激光注入所述特种增益光纤；所述特种增益光纤输出的激光经过滤波器去除泵浦光、保留信号光，最后注入到光电探测器；所述多功能电路模块连接光电探测器，并采集光电转换后的电信号。

所述的半导体激光器受控于所述多功能电路模块，所述多功能电路模块用于调制半导体激光器电流使得其输出激光频率在待测物质特征吸收谱线附近周期性变化。

所述的泵浦激光器受控于所述多功能电路模块，所述泵浦激光器用于补偿半导体激光器输出的信号光在特种增益光纤内传输时的损耗。

所述的特种增益光纤的工作波段覆盖待测物质特征吸收光谱谱线；在特种增益光纤传输的信号光与待测物质在空间上部分重叠，实现待测物质对信号光的吸收。

进一步说，所述的特种增益光纤的截面结构为偏心光纤横截面结构或D型光纤横截面结构。

进一步说，所述的特种增益光纤的截面结构为悬芯光纤横截面结构或纤芯内挂横截面结构。