打孔光子晶體光纖氣室有源內(nèi)腔氣體檢測方法與裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及光纖氣體檢測技術(shù)，為大幅度提高光纖氣體傳感檢測系統(tǒng)的容量，提高系統(tǒng)的檢測精度、成本低、實時性好、傳輸損耗低、抗電磁干擾能力強(qiáng)的光子晶體光纖傳感方法和系統(tǒng)。本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，打孔光子晶體光纖氣室有源內(nèi)腔氣體檢測裝置，泵浦光源發(fā)出的激光依次經(jīng)波分復(fù)用器WDM、摻鉺光纖EDF、隔離器到達(dá)F-P濾波器一端；1×N光開關(guān)的N端每一路分別經(jīng)串接的光子晶體光纖氣室、密集波分復(fù)用器DWDM、光纖耦合器連接到F-P濾波器另一端；光開關(guān)的1端經(jīng)一個光纖耦合器連接到波分復(fù)用器WDM形成回路；此外還包括有控制裝置。本發(fā)明主要應(yīng)用于光纖氣體檢測。
【專利說明】打孔光子晶體光纖氣室有源內(nèi)腔氣體檢測方法與裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光纖氣體檢測技術(shù)，特別涉及打孔光子晶體光纖氣室有源內(nèi)腔氣體檢測方法與裝置。
技術(shù)背景
[0002]光纖氣體傳感由于具有抗電磁干擾能力強(qiáng)、可靠性高、便于組網(wǎng)遠(yuǎn)程檢測等優(yōu)勢，而被廣泛地應(yīng)用于環(huán)境治理、化工生產(chǎn)、電力電氣等行業(yè)對有毒、有害氣體的檢測。
[0003]光子晶體光纖是一種新型的光纖，由于其特有的導(dǎo)光和控光特性成為當(dāng)前材料學(xué)、光電子學(xué)、物理學(xué)、生物學(xué)、化學(xué)、微電子等眾多交叉學(xué)科的研究熱點。相比于傳統(tǒng)的光纖，光子晶體光纖具有更大的優(yōu)勢，逐步在光通信、光纖激光器、高分辨率濾波器、高功率傳輸器件、高靈敏度傳感等方面得到廣泛的應(yīng)用。利用光子帶隙原理導(dǎo)光的光子晶體光纖可以實現(xiàn)激光在空氣纖芯區(qū)的傳播，通過在光子晶體光纖內(nèi)部機(jī)構(gòu)的設(shè)計優(yōu)化可以將95%的光限制在空氣纖芯區(qū)，為光與物質(zhì)的相互作用提供良好的環(huán)境。附圖la)、b)是丹麥NKT公司商品化生產(chǎn)的兩種空心光子晶體光纖的橫截面圖，其中心空氣孔直徑均為10微米，該空心光子晶體光纖在保證光以低損耗傳輸?shù)耐瑫r，空的纖芯區(qū)域可以作為光信號的吸收池，實現(xiàn)有效、穩(wěn)定的全光纖氣室。專利CN102279154A提出了一種應(yīng)用該光子晶體光纖制作的氣室，可用于氣體光譜測量，痕量測量，以及氣體分子非線性光學(xué)現(xiàn)象的研究。隨著微納加工技術(shù)的發(fā)展，已有對光子晶體光纖側(cè)面打孔實現(xiàn)氣室的相關(guān)報道。打孔光子晶體光纖傳感氣室較傳統(tǒng)的氣體氣室，如附圖1c)所示，具有集成化程度高，插入損耗低等優(yōu)點。
[0004]相較于光子晶體光纖氣體傳感器的多元化，光子晶體光纖氣體傳感網(wǎng)絡(luò)方面就鮮有專利的提出。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，大幅度提高光纖氣體傳感檢測系統(tǒng)的容量，提高系統(tǒng)的檢測精度，本發(fā)明提出了一種可容用戶數(shù)量大、成本低、實時性好、傳輸損耗低、抗電磁干擾能力強(qiáng)，能夠同時實現(xiàn)對多用戶和指定用戶進(jìn)行檢測的光子晶體光纖傳感方法和系統(tǒng)。本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，打孔光子晶體光纖氣室有源內(nèi)腔氣體檢測裝置，泵浦光源發(fā)出的激光依次經(jīng)波分復(fù)用器WDM、摻鉺光纖EDF、隔離器到達(dá)F-P濾波器一端；1XN光開關(guān)的N端每一路分別經(jīng)串接的光子晶體光纖氣室、密集波分復(fù)用器DWDM、光纖耦合器連接到F-P濾波器另一端；光開關(guān)的I端經(jīng)一個光纖耦合器連接到波分復(fù)用器WDM形成回路；此外還包括有控制裝置，控制裝置用于控制光開關(guān)的切換、通過電壓控制器控制F-P濾波器電壓、接收來自光探測器的探測數(shù)據(jù)，光探測器連接到光開關(guān)的I端與波分復(fù)用器WDM之間的光纖耦合器上。
[0006]所述控制裝置為PC計算機(jī)。
[0007]還包括有任意波形發(fā)生器，用于產(chǎn)生階梯斜坡電壓實現(xiàn)對F-P濾波器的控制。
[0008]打孔光子晶體光纖氣室有源內(nèi)腔氣體檢測方法，借助于前述打孔光子晶體光纖氣室有源內(nèi)腔氣體檢測裝置實現(xiàn)，并包括下列步驟:
[0009]通過控制裝置控制光開關(guān)將I端與N端第一路接通，N端第一路連接的打孔光子晶體光纖氣室、密集波分復(fù)用器DWDM、光纖耦合器與泵浦光源、波分復(fù)用器WDM、摻鉺光纖EDF、隔離器、F-P濾波器以及波分復(fù)用器WDM光開關(guān)I端之間的光纖耦合器構(gòu)成第一個有源內(nèi)腔，利用用光探測器對有源內(nèi)腔激光的光譜和光功率進(jìn)行監(jiān)控；打孔光子晶體光纖氣室充有低濃度的待測氣體；隨著F-P濾波器電壓增大，有源內(nèi)腔激光的中心波長逐漸增大；當(dāng)波長漂移至打孔光子晶體光纖氣室內(nèi)待測氣體的吸收波長時，有源內(nèi)腔由于氣體的吸收而使損耗增大，引起功率的降低；繼續(xù)加大電壓，有源內(nèi)腔激光的中心波長移出氣體的吸收區(qū)間，光功率又恢復(fù)穩(wěn)定；若氣室內(nèi)氣體的濃度變大，則使得光功率大大降低，當(dāng)?shù)陀跉怏w爆炸極限所對應(yīng)功率值時，由控制裝置發(fā)出警報；
[0010]類似地，通過控制裝置控制光開關(guān)將I端與N端第二路接通，N端第二路連接的打孔光子晶體光纖氣室、密集波分復(fù)用器DWDM、光纖耦合器與泵浦光源、波分復(fù)用器WDM、摻鉺光纖EDF、隔離器、F-P濾波器以及波分復(fù)用器WDM光開關(guān)I端之間的光纖耦合器構(gòu)成第二個有源內(nèi)腔，利用用光探測器對有源內(nèi)腔激光的光譜和光功率進(jìn)行監(jiān)控；打孔光子晶體光纖氣室充有低濃度的待測氣體；隨著F-P濾波器電壓增大，有源內(nèi)腔激光的中心波長逐漸增大；當(dāng)波長漂移至打孔光子晶體光纖氣室內(nèi)待測氣體的吸收波長時，有源內(nèi)腔由于氣體的吸收而使損耗增大，引起功率的降低；繼續(xù)加大電壓，有源內(nèi)腔激光的中心波長移出氣體的吸收區(qū)間，光功率又恢復(fù)穩(wěn)定；若氣室內(nèi)氣體的濃度變大，則使得光功率大大降低，當(dāng)?shù)陀跉怏w爆炸極限所對應(yīng)功率值時，由控制裝置發(fā)出警報；
[0011 ] 光開關(guān)N端其余各路依次類推，進(jìn)行循環(huán)測試，直至N端最后一路。
[0012]使每個密集波分復(fù)用器DWDM連接的光纖耦合器形成的有源內(nèi)腔輸出端具有相同的輸出功率。
[0013]通過更換密集波分復(fù)用器DWMD的工作波長，可將各個氣室用于不同氣體的檢測。
[0014]使用任意波形發(fā)生器產(chǎn)生階梯斜坡電壓實現(xiàn)對F-P濾波器的控制。
[0015]與已有技術(shù)相比,本發(fā)明的技術(shù)特點與效果:
[0016]本發(fā)明采用光開關(guān)和密集波分復(fù)用器功能的有機(jī)結(jié)合不僅能實現(xiàn)對系統(tǒng)的掃描監(jiān)測，還能查看指定用戶的信息。密集波分復(fù)用器的運用相較于光纖光柵(FBG)有源內(nèi)腔具有更高的穩(wěn)定性，可以大大消除環(huán)境對監(jiān)測精度的影響，同時為實現(xiàn)電壓的精密控制和提高檢測速率提供了保障。此外，打孔光子晶體光纖氣室的運用，將氣室和傳輸介質(zhì)融為一體，大大增加了氣體與光信號的作用時間，對于提高網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測精度和光子晶體光纖器件的廣泛應(yīng)用具有重要意義。調(diào)整電壓的輸出波形即可用于監(jiān)測特定用戶，而且密集波分復(fù)用器的窄帶寬可以縮短系統(tǒng)的調(diào)整時間。本發(fā)明市場前景好，實現(xiàn)方式簡單，可被廣泛地應(yīng)用于諸如甲烷(CH4)、乙炔(C2H2)、一氧化碳(CO)、一氧化氮(NO)等具有多吸收峰、易燃易爆、有毒氣體的檢測，具有良好的技術(shù)轉(zhuǎn)化基礎(chǔ)。由于本發(fā)明專利是我們自主知識產(chǎn)權(quán)，并且可以推動光子晶體光纖器件的推廣，實現(xiàn)廣泛的社會效益。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]附圖la)、b)為He-1550-02空芯光子晶體光纖端面圖，c)為側(cè)面打孔圖。
[0018]附圖2為基于打孔光子晶體光纖氣體傳感檢測系統(tǒng)。[0019]附圖3為打孔光子晶體光纖氣室。
[0020]附圖4為檢測原理圖。
[0021]附圖5為功能實現(xiàn)流程圖。
[0022]附圖6為控制電壓優(yōu)化圖
[0023]圖中:
[0024]I 一泵浦光源 2—WDM3—EDF
[0025]4一隔離器 5—電壓控制器6 — F-P濾波器
[0026]71—光纖耦合器I 72—光纖耦合器II73—光纖耦合器III
[0027]74—光纖耦合器 N 81—DffDM I82—DffDM II
[0028]83—DffDM III 84—DffDM N91 一光子晶體光纖氣室 I
[0029]92—光子晶體光纖氣室II 93—光子晶體光纖氣室III 94一光子晶體光纖氣室N
[0030]100—Optical Key 101—光纖耦合器102—光探測器
[0031]103 —電腦控制系 統(tǒng) 104—中心空氣孔105—光纖側(cè)面所打氣孔。
【具體實施方式】
[0032]本發(fā)明提出的基于光開關(guān)和密集波分復(fù)用器傳感網(wǎng)絡(luò)不僅能實現(xiàn)對系統(tǒng)的掃描監(jiān)測和查看指定用戶的信息，而且具有傳輸損耗低、檢測靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡單、實時性好、易實現(xiàn)、單用戶成本低等優(yōu)點。同時，該光纖氣體傳感系統(tǒng)具有高的可移植性，可容納大容量的用戶，使光纖傳感系統(tǒng)得到更廣泛的應(yīng)用。
[0033]本光子晶體光纖氣體傳感網(wǎng)系統(tǒng)主要是利用光開光、密集波分復(fù)用器窄帶濾波的功能，實現(xiàn)對多用戶和指定用戶的監(jiān)測，同時結(jié)合打孔光子晶體光纖作為氣室，可以減小系統(tǒng)的復(fù)雜度。系統(tǒng)容納更多的接入用戶、極大降低單用戶的成本。
[0034]本發(fā)明是利用下述技術(shù)方案實現(xiàn)的:通過所述電腦(PC)控制系統(tǒng)控制光開關(guān)，將打孔光子晶體光纖氣室與光纖耦合器接通。此時，泵浦光源、波分復(fù)用器、摻鉺光纖EDFJS離器、F-P濾波器與不同的光纖耦合器、DWDM、打孔光子晶體光纖氣室組合相連接，構(gòu)成不同有源內(nèi)腔，用光探測器對有源內(nèi)腔激光的光譜和光功率進(jìn)行監(jiān)控。各個打孔光子晶體光纖氣室充有低濃度的待測氣體。隨著F-P濾波器電壓增大，有源內(nèi)腔激光的中心波長逐漸增大。當(dāng)波長漂移至打孔光子晶體光纖氣室內(nèi)待測氣體的吸收波長時，有源內(nèi)腔由于氣體的吸收而使損耗增大，引起功率的降低。若氣室內(nèi)氣體的濃度值升高，則使得光功率大大降低，當(dāng)?shù)陀跉怏w爆炸極限所對應(yīng)功率值時，由電腦(PC)控制系統(tǒng)發(fā)出警報。若光功率處于報警閾值以上，則繼續(xù)加大電壓，有源內(nèi)腔激光的中心波長移出氣體的吸收區(qū)間，光功率又恢復(fù)穩(wěn)定，此時光探測器對電腦(PC)控制系統(tǒng)做出反饋，使光開關(guān)切換到下一通道，重復(fù)上述步驟運行。當(dāng)光開光遍歷完所有通道時，電腦(PC)控制系統(tǒng)初始化，進(jìn)入新的掃描周期。系統(tǒng)的最大用戶數(shù)由F-P濾波器的自由光譜范圍內(nèi)所包含的吸收波長的個數(shù)所確定。
[0035]下面結(jié)合【具體實施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)地描述。
[0036]如附圖2所示，本發(fā)明基于打孔光子晶體光纖氣室的有源內(nèi)腔氣體傳感系統(tǒng)主要包括以下兩大部分:有源內(nèi)腔氣體檢測系統(tǒng)、信號控制與解調(diào)系統(tǒng)。兩大部分的有機(jī)結(jié)合實現(xiàn)本發(fā)明提出的有源內(nèi)腔氣體傳感系統(tǒng)。所述有源內(nèi)腔氣體檢測系統(tǒng)主要包括泵浦光源(I)、波分復(fù)用器WDM(2)、摻鉺光纖EDF(3)、隔離器(4)、F-P濾波器(6)、光纖f禹合器I (71)、 光纖耦合器II (72)、光纖耦合器III (73)、光纖耦合器N(74)、密集波分復(fù)用器DffDM I (81) ,DffDM II (82) ,DffDMIII (83) ,DffDM N(84)、打孔光子晶體光纖氣室 I (91)、打孔光子晶體光纖氣室II (92)、打孔光子晶體光纖氣室III (93)、打孔光子晶體光纖氣室N(94)、光纖耦合器(101);所述信號控制與解調(diào)系統(tǒng)主要包括電壓控制器(5)、光開關(guān)OpticalSwitch(IOO)、光探測器(102)、電腦(PC)控制系統(tǒng)(103)。
[0037]如附圖2所示，本發(fā)明有源內(nèi)腔氣體傳感系統(tǒng)的工作過程是:將DWDM I (81)、DffDM II (82)、DWDM III (83)、DWDM N(84)按照中心工作波長從小到大的順序進(jìn)行排列(從大到小亦可，視后續(xù)F-P濾波器對波長的控制和電壓的關(guān)系而定)。
[0038]通過電腦(PC)控制系統(tǒng)(103)控制Optical Switch(IOO)將打孔光子晶體光纖氣室I與光纖耦合器(101)接通。此時，泵浦光源(I)、波分復(fù)用器WDM (2)、摻鉺光纖EDF (3)、隔離器(4)、F-P濾波器(6)、光纖耦合器I (71)、DffDM I (81)、打孔光子晶體光纖氣室I (91)、光開關(guān)Optical Switch (100)的第一通道、光纖稱合器(101)構(gòu)成第一個有源內(nèi)腔，用光探測器(102)對有源內(nèi)腔激光的光譜和光功率進(jìn)行監(jiān)控。打孔光子晶體光纖氣室I (91)充有低濃度的待測氣體。隨著F-P濾波器(6)電壓增大，有源內(nèi)腔激光的中心波長逐漸增大。當(dāng)波長漂移至打孔光子晶體光纖氣室I (91)內(nèi)待測氣體的吸收波長時，有源內(nèi)腔由于氣體的吸收而使損耗增大，引起功率的降低。繼續(xù)加大電壓，有源內(nèi)腔激光的中心波長移出氣體的吸收區(qū)間，光功率又恢復(fù)穩(wěn)定，如附圖4中的λ I。若氣室內(nèi)氣體的濃度變大，則使得光功率大大降低，當(dāng)?shù)陀跉怏w爆炸極限所對應(yīng)功率值時，由電腦(PC)控制系統(tǒng)
(103)發(fā)出警報。
[0039]類似地，電腦(PC)控制系統(tǒng)(103)控制Optical Switch(IOO)將打孔光子晶體光纖氣室II與光纖耦合器(101)接通。此時，泵浦光源(I)、波分復(fù)用器WDM (2)、摻鉺光纖EDF (3)、隔離器(4)、F-P濾波器(6)、光纖耦合器II (72)、DffDM II (82)、打孔光子晶體光纖氣室II (92)、光開關(guān)Optical Switch(IOO)的第二通道、光纖耦合器(101)構(gòu)成第二個有源內(nèi)腔，用光探測器(102)對有源內(nèi)腔激光的光譜和光功率進(jìn)行監(jiān)控。打孔光子晶體光纖氣室II (92)充有低濃度的待測氣體。繼續(xù)增大濾波器(6)的電壓，有源內(nèi)腔激光的中心波長逐漸增大。當(dāng)波長漂移至打孔光子晶體光纖氣室II (92)內(nèi)待測氣體的吸收波長時，有源內(nèi)腔由于氣體的吸收而使損耗增大，引起功率的降低。繼續(xù)加大電壓，有源內(nèi)腔激光的中心波長移出氣體的吸收區(qū)間，光功率又恢復(fù)穩(wěn)定如附圖4中的λ 2。若氣室內(nèi)氣體的濃度值很高，則可使得光功率大大降低，當(dāng)?shù)陀跉怏w爆炸極限所對應(yīng)功率值時，由電腦(PC)控制系統(tǒng)(103)發(fā)出警報。
[0040]類似地，電腦(PC)控制系統(tǒng)(103)控制Optical Switch(IOO)將打孔光子晶體光纖氣室III與光纖耦合器(101)接通。此時，泵浦光源(I)、波分復(fù)用器WDM(2)、摻鉺光纖EDF(3)、隔離器(4)、F-P濾波器(6)、光纖耦合器III (73), DffDM III (83)、打孔光子晶體光纖氣室III (93)、光開關(guān)Optical Switch(IOO)的第三通道、光纖耦合器(101)構(gòu)成第三個有源內(nèi)腔，用光探測器(102)對有源內(nèi)腔激光的光譜和光功率進(jìn)行監(jiān)控。打孔光子晶體光纖氣室III (93)充有低濃度的待測氣體。繼續(xù)增大濾波器(6)的電壓，有源內(nèi)腔激光的中心波長逐漸增大。當(dāng)波長漂移至打孔光子晶體光纖氣室III (93)內(nèi)待測氣體的吸收波長時，有源內(nèi)腔由于氣體的吸收而使損耗增大，引起功率的降低。繼續(xù)加大電壓，有源內(nèi)腔激光的中心波長移出氣體的吸收區(qū)間，光功率又恢復(fù)穩(wěn)定如附圖4中的λ 3。若氣室內(nèi)氣體的濃度值很高，則可使得光功率大大降低，當(dāng)?shù)陀跉怏w爆炸極限所對應(yīng)功率值時，由電腦(PC)控制系統(tǒng)(103)發(fā)出警報。
[0041]類似地，電腦(PC)控制系統(tǒng)(103)控制Optical Switch(IOO)將打孔光子晶體光纖氣室N與光纖耦合器(101)接通。此時，泵浦光源(I)、波分復(fù)用器WDM (2)、摻鉺光纖EDF(3)、隔離器(4)、F-P濾波器(6)、光纖耦合器N(74)、DffDM N(84)、打孔光子晶體光纖氣室N(94)、光開關(guān)Optical Switch(IOO)的第N通道、光纖耦合器(101)構(gòu)成第N個有源內(nèi)腔，用光探測器(102)對有源內(nèi)腔激光的光譜和光功率進(jìn)行監(jiān)控。打孔光子晶體光纖氣室N(94)充有低濃度的待測氣體。繼續(xù)增大濾波器(6)的電壓，有源內(nèi)腔激光的中心波長逐漸增大。當(dāng)波長漂移至打孔光子晶體光纖氣室N(94)內(nèi)待測氣體的吸收波長時，有源內(nèi)腔由于氣體的吸收而使損耗增大，引起功率的降低。繼續(xù)加大電壓，有源內(nèi)腔激光的中心波長移出氣體的吸收區(qū)間，光功率又恢復(fù)穩(wěn)定如附圖4中的λ6。若氣室內(nèi)氣體的濃度值很高，則可使得光功率大大降低，當(dāng)?shù)陀跉怏w爆炸極限所對應(yīng)功率值時，由電腦(PC)控制系統(tǒng)(103)發(fā)出警報，實現(xiàn)方式如附圖5所示。
[0042]為使得本發(fā)明提出的光纖旋轉(zhuǎn)連接器的性能達(dá)到最優(yōu)，在實施過程中需保證:
[0043]保證光纖耦合器1、光纖耦合器I1、光纖耦合器II1、光纖耦合器N形成的有源內(nèi)腔輸出端具有相同的輸出功率，便于報警閾值的設(shè)定。
[0044]通過更換密集波分復(fù)用器DWMD的工作波長，可將各個氣室用于不同氣體的檢測，以擴(kuò)大本傳感檢測網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用范圍。同時，密集波分復(fù)用器的運用相較于光纖光柵(FBG)有源內(nèi)腔具有更高的穩(wěn)定性，為實現(xiàn)電壓的精密控制和提高檢測速率提供了保障。
[0045]使用任意波形 發(fā)生器產(chǎn)生階梯斜坡電壓實現(xiàn)對F-P濾波器的控制，以提高系統(tǒng)檢測速率。優(yōu)化后的控制電壓如附圖6所示。
[0046]盡管上面結(jié)合圖對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的【具體實施方式】，上述的【具體實施方式】僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨的情況下，還可以作出很多變形，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種打孔光子晶體光纖氣室有源內(nèi)腔氣體檢測裝置，其特征是，泵浦光源發(fā)出的激光依次經(jīng)波分復(fù)用器WDM、摻鉺光纖EDF、隔離器到達(dá)F-P濾波器一端；1 XN光開關(guān)的N端每一路分別經(jīng)串接的光子晶體光纖氣室、密集波分復(fù)用器DWDM、光纖耦合器連接到F-P濾波器另一端；光開關(guān)的I端經(jīng)一個光纖耦合器連接到波分復(fù)用器WDM形成回路；此外還包括有控制裝置，控制裝置用于控制光開關(guān)的切換、通過電壓控制器控制F-P濾波器電壓、接收來自光探測器的探測數(shù)據(jù)，光探測器連接到光開關(guān)的I端與波分復(fù)用器WDM之間的光纖率禹合器上。
2.如權(quán)利要求1所述的打孔光子晶體光纖氣室有源內(nèi)腔氣體檢測裝置，其特征是，所述控制裝置為PC計算機(jī)。
3.如權(quán)利要求1所述的打孔光子晶體光纖氣室有源內(nèi)腔氣體檢測裝置，其特征是，還包括有任意波形發(fā)生器，用于產(chǎn)生階梯斜坡電壓實現(xiàn)對F-P濾波器的控制。
4.一種打孔光子晶體光纖氣室有源內(nèi)腔氣體檢測方法，其特征是，借助于前述打孔光子晶體光纖氣室有源內(nèi)腔氣體檢測裝置實現(xiàn)，并包括下列步驟: 通過控制裝置控制光開關(guān)將I端與N端第一路接通，N端第一路連接的打孔光子晶體光纖氣室、密集波分復(fù)用器DWDM、光纖耦合器與泵浦光源、波分復(fù)用器WDM、摻鉺光纖EDFJS離器、F-P濾波器以及波分復(fù)用器WDM光開關(guān)I端之間的光纖耦合器構(gòu)成第一個有源內(nèi)腔，利用用光探測器對有源內(nèi)腔激光的光譜和光功率進(jìn)行監(jiān)控；打孔光子晶體光纖氣室充有低濃度的待測氣體；隨著F-P濾波器電壓增大，有源內(nèi)腔激光的中心波長逐漸增大；當(dāng)波長漂移至打孔光子晶體光纖氣室內(nèi)待測氣體的吸收波長時，有源內(nèi)腔由于氣體的吸收而使損耗增大，引起功率的降低；繼續(xù)加大電壓，有源內(nèi)腔激光的中心波長移出氣體的吸收區(qū)間，光功率又恢復(fù)穩(wěn)定；若氣室內(nèi)氣體的濃度變大，則使得光功率大大降低，當(dāng)?shù)陀跉怏w爆炸極限所對應(yīng)功率值時，由控制裝置發(fā)出警報； 類似地，通過控制裝置控制光開關(guān)將I端與N端第二路接通，N端第二路連接的打孔光子晶體光纖氣室、密集波分復(fù)用器DWDM、光纖耦合器與泵浦光源、波分復(fù)用器WDM、摻鉺光纖EDF、隔離器、F-P濾波器以及波分復(fù)用器WDM光開關(guān)I端之間的光纖耦合器構(gòu)成第二個有源內(nèi)腔，利用用光探測器對有源內(nèi)腔激光的光譜和光功率進(jìn)行監(jiān)控；打孔光子晶體光纖氣室充有低濃度的待測氣體；隨著F-P濾波器電壓增大，有源內(nèi)腔激光的中心波長逐漸增大；當(dāng)波長漂移至打孔光子晶體光纖氣室內(nèi)待測氣體的吸收波長時，有源內(nèi)腔由于氣體的吸收而使損耗增大，引起功率的降低；繼續(xù)加大電壓，有源內(nèi)腔激光的中心波長移出氣體的吸收區(qū)間，光功率又恢復(fù)穩(wěn)定；若氣室內(nèi)氣體的濃度變大，則使得光功率大大降低，當(dāng)?shù)陀跉怏w爆炸極限所對應(yīng)功率值時，由控制裝置發(fā)出警報； 光開關(guān)N端其余各路依次類推，進(jìn)行循環(huán)測試，直至N端最后一路。
5.如權(quán)利要求3所述的打孔光子晶體光纖氣室有源內(nèi)腔氣體檢測方法，其特征是，使每個密集波分復(fù)用器DWDM連接的光纖耦合器形成的有源內(nèi)腔輸出端具有相同的輸出功率。
6.如權(quán)利要求3所述的打孔光子晶體光纖氣室有源內(nèi)腔氣體檢測方法，其特征是，通過更換密集波分復(fù)用器DWMD的工作波長，可將各個氣室用于不同氣體的檢測。
7.如權(quán)利要求3所述的打孔光子晶體光纖氣室有源內(nèi)腔氣體檢測方法，其特征是，使用任意波形發(fā)生器產(chǎn)生階梯斜坡電壓控制F-P濾波器。
【文檔編號】G01N21/17GK103983577SQ201410209578
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月16日
【發(fā)明者】陸穎, 張海偉, 石嘉, 段亮成, 姚建銓 申請人:天津大學(xué)