[发明专利]脉冲宽带光源大容量光子晶体光纤气体检测方法与系统

说明书

技术领域

本发明涉及光纤传感检测技术领域，具体讲，涉及基于脉冲宽带光源的大容量光时分复用(OTDM)-密集波分复用(DWDM)光子晶体光纤气体传感检测系统。 

技术背景

光纤气体传感由于具有抗电磁干扰能力强、可靠性高、便于组网远程检测等优势，而被广泛地应用于环境治理、化工生产、电力电气等行业对有毒、有害气体的检测。 

光子晶体光纤(PCF)是一种新型的光纤，由于其特有的导光和控光特性成为当前材料学、光电子学、物理学、生物学、化学、微电子等众多交叉学科的研究热点。相比于传统的光纤，光子晶体光纤具有更大的优势，逐步在光通信、光纤激光器、高分辨率滤波器、高功率传输器件、高灵敏度传感等方面得到广泛的应用。 

利用光子带隙原理导光的光子晶体光纤可以实现激光在空气纤芯区的传播，通过在光子晶体光纤内部机构的设计优化可以将95％的光限制在空气纤芯区，为光与物质的相互作用提供良好的环境。附图1是丹麦NKT公司商品化生产的两种空心光子晶体光纤的横截面图，其中心空气孔直径均为10微米，该空心光子晶体光纤在保证光以低损耗传输的同时，空的纤芯区域可以作为光信号的吸收池，实现有效、稳定的全光纤气室。专利CN102279154A提出了一种应用该光子晶体光纤制作的气室，可用于气体光谱测量，痕量测量，以及气体分子非线性光学现象的研究。 

相较于光子晶体光纤气体传感器的多元化，光子晶体光纤气体传感网络方面就鲜有文献的报道。然而，在实际气体传感应用中，使用昂贵的光学器件仅仅得到单一检测点的信息会大大增加检测的成本，因此建立一个大用户容量的气体传感网，对于共用昂贵的光学器件，如光源、电光调制器、光探测器等，降低每个接入用户的成本是十分必要和具有重要实际意义的。 

发明内容

为克服现有技术的不足，为大幅度提高光纤气体传感检测系统的容量，提出一种可容用户数量大、成本低、实时性好、传输损耗低、抗电磁干扰能力强，能够同时实现对多用户进行检测的光子晶体光纤传感系统。为此，本发明采取的技术方案是，脉冲宽带光源大容量光子晶体光纤气体检测方法，包括下列步骤：利用信号发生装置发出的射频(RF)信号通过电光调制器对宽带光源的输出光进行调制，形成时域脉冲调制宽带光信号；调制宽带光信号经过光合路器被等分成M路光信号；由光合路器输出的M路光信号经过M个不同工作波长的密集波分复用器(DWDM)实现波分复用，使得每一路波分复用信号具有不同的中心波长，使每一路波分复用信号经过1×2光纤耦合器分成两路光信号，一路直接用于PCF气室中气体的检测；另一路经过光纤延迟线后用于PCF气室中气体的检测；1×2光纤耦合器分成两路光信号分别经过PCF气室后再通过对应的光纤耦合器合成一路光信号，因而从PCF气室中输出 的2M路光信号经过对应的光纤耦合器后实现M路光信号的输出，在光纤延迟线的作用下实现光时分复用，从而实现对光信号的时分复用和波分复用；M路OTDM-DWDM光信号经过另一个光合路器由光谱接收系统接收、计算分析，以实现对2M个不同用户的检测。 

光纤延迟线采用普通的单模光纤实现，需保证信号发生装置产生的调制RF信号低电平的时间大于等于高电平的时间；同时保证光的延迟时间大于等于信号发生装置产生的调制RF信号高电平的时间；将调制RF信号设置为高低电平具有相同的时间周期，从而保证光纤延迟的时间等于脉冲信号的脉宽，便于对接收信号的分析； 

延迟时间由公式(a)所确定： 

ΔT=nLc---(a)]]>

其中L为单模光纤的长度，c为光在真空中的传播速度，n为光纤的有效折射率。