[发明专利]采用气体参考腔反馈补偿的半导体激光器气体检测系统

权利要求书

1.一种采用气体参考腔补偿的半导体激光器气体检测系统,所述系统包括发出作为检测光束的第一波长光束的第一光源、发出作为参考光束的与所述第一波长不同的第二波长光束的第二光源,所述检测光束的第一波长与待测气体的特征吸收谱线相同；

与所述第一光源和第二光源连接的第一波分复用器，用于将载有不同波长的第一光束和第二光束的光信号合成一束进行输出；

与所述第一波分复用器连接的宽带耦合器，所述宽带耦合器用于将经所述第一波分复用器合成后的激光按照一定的功率比例分配后分成两路输出；

参考气室，通入与待测气体成分一致且浓度已知的参考气体，并接收来自所述宽带耦合器分配的第一路输出光束并使其通过参考气体；

检测气室，通入待测气体，并接收来自所述宽带耦合器分配的第二路输出光束并使其通过待测气体；

连接所述参考气室的第二波分复用器，用于将经过所述参考气室的光束按照所述第一波长和第二波长进行分束；

连接所述检测气室的第三波分复用器，用于将经过所述检测气室的光束按照所述第一波长和第二波长进行分束；

第一光电检测器，连接至所述第二波分复用器，接收经过分束的第一波长的光束，生成第一光强度信号；

第二光电检测器，连接至所述第二波分复用器，接收经过分束的第二波长的光束，生成第二光强度信号；

第三光电检测器，连接至所述第三波分复用器，接收经过分束的第一波长的光束，生成第三光强度信号；

第四光电检测器，连接至所述第三波分复用器，接收经过分束的第二波长的光束，生成第四光强度信号；

反馈控制单元，接收所述第一光强度信号、第二光强度信号、第三光强度信号和第四光强度信号并进行比较，并将比较结果转换为反馈信号调节所述第一和第二光源。

2.如权利要求1所述的气体检测系统，其中所述宽带耦合器按照1:1的功率比例分配两路输出。

3.如权利要求1所述的气体检测系统，其中反馈控制单元的反馈控制方法包括如下步骤：

a）判断所述第一光源和第二光源的输出是否稳定，若不稳定，输出反馈控制信号调节所述光源的功率输出直至稳定；

b）判断所述第一光源输出的信号模式的波长范围是否覆盖待测气体的特征谱线，若不覆盖，则输出反馈控制信号调节所述第一光源的输出波长直至覆盖；

c）判断所述第二光强度信号和第四光强度信号的信号强度是否有差异，若有则将所述差异信号用于第一光强度信号和第三光强度信号的补偿；

d）比较所述第一光强度信号和第三光强度信号的信号强度，得到待测气体与参考气体的浓度大小关系。

4.如权利要求3所述的气体检测系统，其中所述步骤b）中通过比较所述第一或第三光强度信号的信号强度值是否显著小于第二或第四光强度信号的信号强度来判断是否覆盖。

5.如权利要求1所述的气体检测系统，所述第一波分复用器、第二波分复用器和第三波分复用器是1×2的波分复用器。

6.如权利要求1所述的气体检测系统，其中所述第一光源和第二光源为分布反馈式半导体激光器。

7.如权利要求1所述的气体检测系统，还包括球面透镜，用于分别将所述光束耦合进入参考气室和检测气室并耦合出射。

8.如权利要求1所述的气体检测系统，其中所述检测气室包括用于在测量前通入待检测气体的气体入口和排出气体的气体出口。

9.如权利要求1所述的气体检测系统，其中所述第二波长靠近被测气体的吸收谱线，但其波长与所述第一波长相隔一段距离。

10.如权利要求1所述的气体检测系统，其中所述宽带耦合器为尾纤为1×2的宽带耦合器。