[发明专利]多模光纤干扰器

说明书

本发明涉及一种经由多模光纤并且优选长距离传输单模光的系统和 方法。具体地，本发明涉及在远程和/或不友好的环境下使用的光纤耦合气 体传感器系统。

发明背景

光纤已经在诸如通信的用途中被用作长距离传输光的介质。最近，近 红外线(IR)光纤已经被用于气体传感用途，以将光以管输送到难以接近或 不友好的场所。这允许利用多点远程气体传感技术。这种基于激光的气体 传感技术通常使用单模激光源提供高灵敏度和高分辨率的测量。为了保持 该光源的光谱性能，激光输出必须通过单模光纤传输。

近来，如WO03087787中所述，量子级联激光器已经在气体传感用途 中使用，WO03087787的内容通过引用结合在此。与中红外中的光谱转变 相关的横截面增加，可以提供显著提高的检测灵敏度。然而，由于与单模 中红外光纤相关的过度损耗，基于光纤的中红外传感器通常不用于气体传 感用途。出现许多这样的损耗的原因是单模光纤很窄，例如具有约5-10μm 的芯直径，这使得难以有效地将光耦合到光纤中。相反，多模光纤通常具 有400-500μm的芯径。然而，单模激光经由多模光纤传输导致支持(support) 多个空间模式。这些空间模式通常在检测器处干涉，从而产生光干涉噪音。

发明概述

根据本发明的一个方面，提供一种光学装置(arrangement)，所述光学 装置包括：多模光纤，其用于承载单模激光；随机化器(randomiser)，其用 于将被所述光纤支持的空间模式随机化；以及平均化装置，其用于将随机 化的空间模式平均化，从而恢复单一空间模式。

优选地，随机化器可操作.用于引起光纤的空间振荡。所述多模光纤的 快速空间振荡将光纤所支持的空间模式随机化。通过信号平均化，可以在 检测器处重新组合随机化的空间模式，并且恢复所述激光的单一空间模式 性质。

本发明可以用于许多实际应用，但是在一个优选实施方案中，它用于 气体传感器，所述气体传感器包括激光器，优选地包括单模激光器，用于 从激光器向目标区和/或从目标区传输光的多模光纤、用于将所述光纤支持 的空间模式随机化的随机化器；用于检测已经通过目标区的光的检测器， 以及用于将随机化的空间模式平均化以恢复所述单一空间模式的平均化 装置。

通过信号平均化，可以在检测器将随机化的空间模重组，并且恢复激 光的单一空间模式性质。因此，防止了引入光干涉噪音，并且保持了传感 器的高灵敏度。这允许多模光纤在灵敏的气体传感器用途中使用，从而避 免通常与单模光纤相关的高损耗，并且提供用于在难以接近/不友好的场所 中多点远程检测的能力。

随机化器可以是用于引起光纤的空间振荡的任何适合的装置。例如， 随机化器可以是能被操作以沿着光纤引起物理扰动的干扰器。例如，干扰 器可以包括具有偏心重量的DC电动机、平板激励器和压电电动机中的任 何一个或多个。由干扰器引起的空间振荡的频率可以在1Hz至10kHz的 范围内。

优选地，所述激光源是啁啾激光器。在这种情况下，由波长啁啾本身 提供的波长变化用于提供波长扫描。因此，例如无需使用叠加在脉冲串上 的慢DC电流斜坡来调谐光谱区内的有效发射线宽。这意味着采样速率可 以很高，并且可以非常快速地进行全谱分析。

所述啁啾激光器可以是半导体激光器，例如，半导体二极管激光器。 啁啾光是通过对半导体二极管激光器施加一个或一串基本上阶跃函数的 电脉冲以使激光器输出一个或多个脉冲而产生的，所述脉冲的每一个具有 连续波长啁啾，用于注入到光学池(optical cell)中。激光器可以是量子级联 激光器。

每个施加的脉冲具有大于150ns，特别是大于200ns的持续时间。每 个施加的脉冲可以具有在150ns至300ns，优选200ns至300ns的范围内 的持续时间。这可以提供约60GHz的调谐范围。

每个检测的脉冲可以具有大于150ns，特别是大于200ns的持续时间。 优选地，每个检测的脉冲具有在150ns至300ns，优选200ns至300ns的 范围内的持续时间。

附图简述

现在将仅通过举例并且参考附图描述本发明的各个方面，所述附图 中：

图1是第一种气体传感器的示意图，并且

图2是第二种气体传感器的示意图。

附图详述