[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

权利要求书

1.一种中红外布拉格光纤，其特征在于，该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)；

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。

2.根据权利要求1所述的中红外布拉格光纤，其特征在于，所述的交替间隔层叠排布的排布方式，具体为以下两种中的一种：

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)。

3.根据权利要求1所述的中红外布拉格光纤，其特征在于，所述的布拉格结构层用于使感应光在空芯中以低损耗低干扰传输，并能够通过调整碲酸盐玻璃层和硫系玻璃层使折射率差值≥0.5，同时通过调节玻璃层厚度达到控制感应光谱的传输带宽的目的。

4.根据权利要求3所述的中红外布拉格光纤，其特征在于，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；

感应光谱的传输带宽通过调整碲酸盐玻璃层和硫系玻璃层的叠层厚度进行优化；其感应光谱的传输带宽的损耗通过调整碲酸盐玻璃层和硫系玻璃层的叠层次数进行优化。

5.根据权利要求1所述的中红外布拉格光纤，其特征在于，所述的通孔设置在布拉格结构层，并在光纤中心轴方向，以直线均匀排布。

6.根据权利要求1所述的中红外布拉格光纤，其特征在于，所述的通孔用于使待测气体进入中红外布拉格光纤的空芯区域；所述的通孔通过激光打孔的方式加工得到。

7.根据权利要求1所述的中红外布拉格光纤，其特征在于，所述的硫系玻璃层的组分为As₂S₅或As₂Se₃，所述的碲酸盐玻璃层的组分为TeO₂·ZnO·PbO·PbF₂·Na₂O或TeO₂·ZnO·Li₂·BiO₃。

8.一种基于中红外布拉格光纤的气体定性定量检测装置，其特征在于，包括权利要求1-7所述的中红外布拉格光纤；还包括进光光纤、出光光纤、光源、光谱仪；

在中红外布拉格光纤的一端熔接有进光光纤，在中红外布拉格光纤的另一端熔接有出光光纤的一端；光源设置在进光光纤一端，将出光光纤的另一端和光谱仪连接。

9.根据权利要求8所述的基于中红外布拉格光纤的气体定性定量检测装置，其特征在于，所述的进光光纤为单模光纤，所述的出光光纤为单模光纤。

10.权利要求8所述的基于中红外布拉格光纤的气体定性定量检测装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：降噪

中红外布拉格光纤在空气状态下的吸收光谱；或直接向中红外布拉格光纤中通入氩气，形成氩气环境；

步骤2：定性定量检测

通过在中红外布拉格光纤侧面轴向上设置的通孔，使待测气体进入中红外布拉格光纤的空芯区域，对中红外布拉格光纤内部传输的光进行吸收，得到通入气体状态下的吸收光谱；

步骤3：数据处理

通过通入气体状态下的吸收光谱和在空气状态下的吸收光谱进行对比，得到气体的吸收光谱，或在氩气状态下直接得到气体的吸收光谱；根据气体的吸收光谱中的中红外吸收峰波长不同来检测气体的成分，从而达到定性分析；通过吸收峰的强度，得到气体中成分的含量，达到定量分析。