[发明专利]一种基于级联微光纤中三次谐波产生的气体传感器

权利要求书

1.一种基于级联微光纤中三次谐波产生的气体传感器，其特征在于：包括第一锥形光纤和第二锥形光纤，第一锥形光纤包括第一尾纤、第一过渡区、第一段微光纤、第二过渡区和第二尾纤，第二锥形光纤包括第一尾纤、第一过渡区、第二段微光纤、第二过渡区和第二尾纤；第一锥形光纤与第二锥形光纤之间级联，即第一锥形光纤的第二尾纤与第二锥形光纤的第一尾纤对接在一起；第一段微光纤设置于某气室内，第一段微光纤两端通过契合的钻孔穿出所述某气室，与所述某气室密封连接，其中所述某气室内的气体为目标探测气体，利用所述某气室内的目标探测气体吸收从第一段微光纤输入端输入的中红外光；第二段微光纤用于三次谐波产生，以将剩余的中红外光转换为近红外光；

在第一段微光纤的输入端输入中红外光，利用第一段微光纤产生的大倏逝场与所述某气室中对应于中红外吸收指纹谱的目标探测气体相互作用，使第一段微光纤中的部分中红外光被目标探测气体吸收；然后剩余的中红外光从第一段微光纤的输出端输出；

剩余的中红外光从第一段微光纤的输出端输出后进入第二段微光纤内，在满足三次谐波产生的相位匹配条件下，第二段微光纤内的中红外光转换为位于近红外波段的三次谐波，并在第二段微光纤的输出端输出；近红外探测器在第二段微光纤的输出端检测出近红外波段的三次谐波的功率其中▽是与三次谐波产生相关耦合模式方程的解相关的影响因子；

根据中红外光的输入功率和第二段微光纤输出的近红外波段的三次谐波的功率，进而根据被所述目标探测气体吸收到的中红外光的吸收功率得到所述目标探测气体的浓度C；

所测目标探测气体浓度C的计算公式为：其中，ΔP为近红外探测器所检测出的目标探测气体浓度为0时第二段微光纤的输出功率与目标探测气体浓度为C时第二段微光纤的输出功率的功率差，即ΔP＝P₃(C＝0)-P₃(C＝C)。

2.如权利要求1所述的一种基于级联微光纤中三次谐波产生的气体传感器，其特征在于：第一锥形光纤和第二锥形光纤的材料均为As₂Se₃玻璃；第一尾纤直径和第二尾纤直径均与标准光纤直径相同，即为125μm。

3.如权利要求1所述的一种基于级联微光纤中三次谐波产生的气体传感器，其特征在于：若所述某气室内充入的目标探测气体不同，在中红外吸收指纹谱上对应不同的吸收波长，则在第一段微光纤的输入端输入不同波长的中红外光。

4.如权利要求1所述的一种基于级联微光纤中三次谐波产生的气体传感器，其特征在于：若某气室内的目标探测气体不同，则第一段微光纤和第二段微光纤的长度和直径也不同，即目标探测气体的不同，两段微光纤的长短和直径也会对应改变。

5.如权利要求4所述的一种基于级联微光纤中三次谐波产生的气体传感器，其特征在于：选定了近红外探测器后，第一段微光纤的长度为该基于级联微光纤中三次谐波产生的气体传感器达到最小探测极限时对应的长度，第二段微光纤的长度为近红外波段三次谐波输出功率最大时对应的长度；第一段微光纤的直径由倏逝场与三次谐波产生相位匹配条件共同决定，在避开三次谐波产生的相位匹配条件下，倏逝场最大时对应的直径即为第一段微光纤的直径；满足三次谐波产生的相位匹配条件时对应的直径则为第二段微光纤的直径。

6.如权利要求1所述的一种基于级联微光纤中三次谐波产生的气体传感器，其特征在于：所述目标探测气体为甲烷气体时，所述某气室则为甲烷气室；此时第一段微光纤输入端对应输入的中红外光的波长为3300nm；第二段微光纤中转换的近红外光的波长为1100nm。

7.如权利要求1所述的一种基于级联微光纤中三次谐波产生的气体传感器，其特征在于：基于级联微光纤中三次谐波产生的气体传感器所能检测到的最小气体浓度由气体吸收长度和近红外探测器性能决定；其中，所述气体吸收长度为第一段微光纤的长度。