[发明专利]一种基于光纤谐振腔的倏逝波型光声光谱微量气体传感器及测量方法

说明书

本发明公开了一种基于光纤谐振腔的倏逝波型光声光谱微量气体传感器及测量方法，所述传感器由半导体激光源、光纤合束器、锥形光纤、石英音叉、相位调制器构成，其测量方法如下：步骤一、半导体激光源发射出的激光输入光纤合束器，经相位调制器后使得光纤合束器构成光学谐振腔，光纤内的激光功率得到放大增强，继而使得锥形光纤处产生较强的光学倏逝场；步骤二、待测目标气体吸收锥形光纤处的倏逝波场能量，产生声波场，石英音叉探测声波信号，反演气体浓度。本发明有效地提高了激光激发功率，进而极大地改进了光声光谱气体传感器的探测灵敏度。

技术领域

本发明属于激光传感器领域，涉及一种基于光纤谐振腔的倏逝波型光声光谱微量气体传感器及气体测量方法。

背景技术

微量气体传感器技术可对气体的组分、浓度进行检测，在环境监测、大气物理以及危险气体监测等领域有着重要的用途。石英增强光声光谱传感器是一种常见的气体传感器，在这种传感器当中，传感器的探测灵敏度与石英音叉处的激光功率成正比，因此，为了提高传感器的探测灵敏度，一般均需要采用输出功率较高的激光器，但到目前为止，常见的半导体激光器的输出功率均小于50mW。

如果激光束在环形封闭光纤中进行循环传输，采用相位调制器，便可使得此种光纤构成光学谐振腔，光纤中的激光功率便可进行累积（多次通过石英音叉），相当于光纤中存在增益，激光功率会一直增大，直至光纤中的损耗与增益相等时，激光功率便不再增长。这种光纤谐振腔会使得注入激光功率得到几十倍，甚至几百倍的放大。如果将石英音叉放入光纤合束器构成的光纤谐振腔中，那么光声光谱气体传感器的探测灵敏度将会得到非常明显的提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型基于光纤谐振腔的倏逝波型光声光谱微量气体传感器及测量方法，利用光纤合束器构建光纤光学谐振腔，增大传感器系统的有效激光功率，进而提高光声光谱传感器的探测灵敏度。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于光纤谐振腔的倏逝波型光声光谱微量气体传感器，由半导体激光源、光纤合束器、锥形光纤、石英音叉、相位调制器构成，其中：半导体激光源发射出的激光通过光纤合束器传输至锥形光纤处，锥形光纤穿过石英音叉的叉股，光纤合束器和相位调制器构成光纤谐振腔。

利用上述基于光纤谐振腔的倏逝波型光声光谱气体传感器实现微量气体传感测量的方法，由以下步骤实现：

步骤一、半导体激光源发射出的激光输入光纤合束器，经相位调制器后使得光纤合束器构成光学谐振腔，光纤内的激光功率得到放大增强，继而使得锥形光纤处产生较强的光学倏逝场；

步骤二、待测目标气体吸收锥形光纤处的倏逝波场能量，产生声波场，石英音叉探测声波信号，反演气体浓度。

本发明针对微量气体传感探测，构建了一种新型基于光纤谐振腔的倏逝波型光声光谱微量气体传感器，其中光纤合束器和相位调制器构成了光纤谐振腔，光纤中的激光功率可进行累积(多次通过石英音叉)，有效地提高了激光激发功率，进而极大地改进了光声光谱气体传感器的探测灵敏度。

附图说明

图1为基于光纤谐振腔的倏逝波型光声光谱微量气体传感器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。