[发明专利]基于光热光谱技术和Sagnac干涉的气体传感器

权利要求书

1.基于光热光谱技术和Sagnac干涉的气体传感器，其特征在于，所述气体传感器包括第一激光器（1）、第一隔离器（2）、耦合器（3）、Sagnac环（4）、环形器（5）、第二隔离器（6）、第二激光器（7）、滤波器（8）和光电探测器（9）；所述耦合器3的分光比为50:50；Sagnac环（4）内含有一段空芯光子晶体光纤，该空芯光纤包层内部分气孔充酒精，使其成为双折射光纤，纤芯内则充被测气体；

所述第二激光器（7）的输出波长与被测气体的吸收谱峰重合；所述第二激光器（7）输出的泵浦光经隔离器（2）和环形器（3）后进入Sagnac环（4），并与空芯光纤芯内的被检测气体相互作用，使得温度发生变化进而改变了空芯光纤的双折射系数；

所述第一激光器（1）的输出波长与被测气体的吸收谱波谷重合；所述第一激光器（1）输出的窄带信号光经第一隔离器（2）和耦合器（3）后进入Sagnac环（4）内，再经环形器（5），经过滤波器（8）滤掉残余泵浦光后，由光电探测器（9）接收。

2.根据权利要求1所述的基于光热光谱技术和Sagnac干涉的气体传感器，其特征在于，所述Sagnac环包括长度为第一预设长度的一段空芯光纤；该段空芯光纤的一端与第一单模光纤的一端相熔接，对应的熔接面称为第一熔接面；该段空芯光纤的另一端与第二单模光纤的一端相熔接，对应的熔接面称为第二熔接面；在所述空芯光纤的侧面上距离所述第一熔接面第一距离处开有第一孔，所述第一孔是的空芯光纤内纤芯与外界连通；在所述空芯光纤的侧面上距离所述第二熔接面第二距离处开有第二孔，所述第二孔是的空芯光纤内纤芯与外界连通。

3.根据权利要求1或2所述的基于光热光谱技术和Sagnac干涉的气体传感器，其特征在于，所述第一激光器（1）和所述第二激光器（7）均为DFB激光器，其线宽为0.01pm。

4.用于检测气体浓度变化的方法，其特征在于，该方法利用基于光热光谱技术和Sagnac干涉的气体传感器实现， 所述光热光谱技术和Sagnac干涉的气体传感器包括第一激光器（1）、第一隔离器（2）、耦合器（3）、Sagnac环（4）、环形器（5）、第二隔离器（6）、第二激光器（7）、滤波器（8）和光电探测器（9）；其中，所述耦合器（3）的分光比为50:50；Sagnac环（4）内的空芯光子晶体光纤（HC-PCF）纤芯内充有被测气体；其中，所述第二激光器（7）的输出波长与被测气体的吸收谱峰重合；所述第二激光器（7）输出的泵浦光经隔离器（2）和环形器（3）后进入Sagnac环（4），并与空芯光纤芯内的被检测气体相互作用，使得温度发生变化进而改变了空芯光纤的双折射系数；所述第一激光器（1）的输出波长与被测气体的吸收谱波谷重合；所述第一激光器（1）输出的窄带信号光经第一隔离器（2）和耦合器（3）后进入Sagnac环（4）内，再经环形器（5），经过滤波器（8）滤掉残余泵浦光后，由光电探测器（9）接收；

所述用于检测气体浓度变化的方法包括：获得光电探测器所接收的电压变化量，可根据下式计算空芯光纤内气体浓度的变化量：

公式一

其中，是电压的变化量，为泵浦光的功率，为空芯光纤的长度，为预设常数，可根据经验值来设定。