[发明专利]基于FP干涉计级联增敏及光热技术的强度探测型气体传感器

权利要求书

1.基于FP干涉计级联增敏及光热技术的强度探测型气体传感器，其特征在于：包括探测激光器、隔离器I、泵浦激光器、隔离器II、耦合器、环形器I、环形器II、滤波器、光电探测器、数据采集卡、电脑、FP干涉计I和FP干涉计II；

所述探测激光器、隔离器I、耦合器依次连接，泵浦激光器、隔离器II、耦合器依次连接，耦合器环形器I、环形器II依次连接，FP干涉计I连接在环形器I上，FP干涉计II连接在环形器II上，环形器II、滤波器、光电探测器、数据采集卡、电脑依次连接；

探测光的光学路径为：探测光由探测激光器发出，经过隔离器I、耦合器、环形器I进入FP干涉计I，再经环形器I进入环形器II，然后进入FP干涉计II，再经环形器II、滤波器进入光电探测器，光电探测器将接收的探测光能量转化为电压输出给数据采集卡及电脑；

泵浦光的光学路径为：泵浦光由泵浦激光器发出，依次经过隔离器II、耦合器、环形器I进入FP干涉计I；

FP干涉计I的干涉谱波谷满足：

其中，m₁为整数，λ_m1为干涉谱波谷对应的波长；

由(2)式得FP干涉计I的干涉谱的自由光谱范围FSR_FP1为：

将(2)式对L₁微分得FP干涉计I的干涉谱平移量与FP1腔长度之间的关系为：

其中，Δλ_FP1为FP干涉计I干涉谱的平移量，ΔL₁为HC-PCF光纤的长度变化量；

当泵浦光进入FP干涉计I中，HC-PCF光纤中的被测气体因吸收泵浦光而温度升高，导致HC-PCF光纤因温度升高而长度变化，HC-PCF光纤长度的变化量表示为：

ΔL₁＝αPΔC (5)

其中，P为泵浦激光器功率，ΔL₁为偏振HC-PCF光纤的双折射系数的变化量，ΔC为被测气体浓度的变化量，α为预设常数，根据经验值来设定；

将(5)式代入(4)式得FP干涉计I干涉谱的平移量随被测气体浓度的变化关系：

当信号光由环形器进入FP干涉计II后，探测光先后依次经反射面III和反射面IV反射，两束反射光形成干涉，干涉后光强I_FP2表示为:

其中I₂₁和I₂₂分别为信号光经反射面III和反射面IV反射后的光强，L₂为空芯光纤的长度，λ为信号光的波长；

FP干涉计II的干涉谱波谷满足：

其中，m₂为整数，λ_m2为干涉谱波谷对应的波长；

由(8)式得FP干涉计II的干涉谱的自由光谱范围FSR_FP2为：

2.根据权利要求1所述的基于FP干涉计级联增敏及光热技术的强度探测型气体传感器，其特征在于：长度在5-20毫米范围内的空芯光子晶体光纤两端与单模光纤熔接形成FP干涉计I，空芯光子晶体光纤的直径与单模光纤相同均为125微米。

3.根据权利要求2所述的基于FP干涉计级联增敏及光热技术的强度探测型气体传感器，其特征在于：所述空芯光子晶体光纤的纤芯为空气，纤芯直径为10-30微米；空芯光子晶体光纤的侧面有多个开孔，保证其纤芯与外界相通，开孔的直径为5-20微米，开孔的密度为4-20个/厘米。

4.根据权利要求3所述的基于FP干涉计级联增敏及光热技术的强度探测型气体传感器，其特征在于：长度在5-20毫米范围内的空芯光子晶体光纤两端与单模光纤熔接形成FP干涉计II，空芯光子晶体光纤的直径与单模光纤相同均为125微米；空芯光子晶体光纤的纤芯为空气，纤芯直径为10-30微米。

5.根据权利要求4所述的基于FP干涉计级联增敏及光热技术的强度探测型气体传感器，其特征在于：所述泵浦激光器和探测激光器均为窄带DFB激光器，泵浦激光器的波长与被测气体的吸收峰重合。