(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210687236.1 (22)申请日 2022.06.16 (71)申请人 浙江师范大学 地址 321004 浙江省金华市 婺城区迎宾大 道688号 (72)发明人 陈达如　肖安萍　周雁　陈浩　 凌强　管祖光　于志伟　刘立富　 (74)专利代理 机构 杭州求是专利事务所有限公 司 33200 专利代理师 忻明年 (51)Int.Cl. G01N 21/39(2006.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 基于侧面开孔空芯反谐振光纤的气体探测 装置 (57)摘要 本发明公开了一种基于侧面开孔空芯反谐 振光纤的气体探测装置。 本发明中的侧面开孔空 芯反谐振光纤缠绕在光纤绕芯上； 所述光纤绕芯 固定在气体池中， 待测气体从气体池进气口进 入， 从气体池出气 口出去； 驱动器实现对激光器 的温控和电流驱动； 激光器输出激光注入气侧面 开孔空芯反谐振光纤， 从侧面开孔空芯反谐振光 纤输出的激光进入光电探头； 光电探头的输出端 与电路处理单元导线连接， 电路 处理单元采集光 电信号并进行处理。 本发明中的空芯反谐振光纤 侧面开孔， 扩大了纤芯和环境气体的连通， 缩短 纤芯内气体与环境气体的扩散平衡时间， 保障了 采用较长距离空芯反谐振光纤的气体探测系统 在响应时间、 探测精度、 探测极限方面的高水平 指标。 权利要求书1页 说明书3页 附图2页 CN 115096845 A 2022.09.23 CN 115096845 A 1.基于侧面开孔空芯反谐振光纤的气体探测装置， 包括侧面开孔空芯反谐振光纤、 光 纤绕芯、 气体池、 激光器、 驱动器、 光电探 头和电路处 理单元， 其特征在于： 侧面开孔空芯反谐振光纤缠绕在光纤绕芯上， 保持相邻每圈光纤不接触； 所述光纤绕 芯固定在气 体池中， 待测气 体从气体池进气口进入， 从气 体池出气口出去； 驱动器与激光器 导线连接， 实现对激光器的温控和电流驱动； 激光器输出激光注入气 体池， 通过第一透镜耦 合进入侧面开孔空芯反谐振光纤； 从侧面开孔空芯反谐振光纤输出的激光通过第二透镜耦 合进入光电探头； 光电探头的输出端与电路处理单元导线连接， 电路处理单元采集光电信 号并进行处 理； 电路处 理单元与驱动器导线连接， 通过驱动器对激光器进行激光波长调制； 所述的侧面开孔空芯反谐振光纤是在空芯反谐振光纤侧面进行周期性的开孔加工后 得到， 加工后的空芯反谐振光纤芯层和外界气体连通， 能缩短纤芯内气体与环境气体的扩 散平衡时间。 2.根据权利要求1所述的基于侧面开孔空芯反谐振光纤的气体探测装置， 其特征在于： 所述的光纤绕芯主体为圆柱体结构， 横截面为锯齿结构， 使得光纤缠绕时尽量减少 接触面 积。 3.根据权利要求1所述的基于侧面开孔空芯反谐振光纤的气体探测装置， 其特征在于： 所述的激光器的激光波长在待测气 体的特征吸收峰附近， 在电流驱动 情况下能够在气 体吸 收峰附近波长扫描。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115096845 A 2基于侧面开孔空芯反谐振光纤的气体探测装 置 技术领域 [0001]本发明涉及气体探测技术领域， 涉及一种基于侧面开孔空芯反谐振光纤的气体探 测装置。 背景技术 [0002]一方面， 随着国家大力推进生态环境建设， 应对环境污染和气候变化成为生态文 明的重要事项， 以激光作为基本探测介质的气 体探测技术成为人们监测工业生产过程排放 的有害气体污染和导致气候变化的温室气体的重要手段。 另一方面， 近年来发展了通过气 体探测实现食品安全监测、 人体疾病诊断的重要技术， 使得气体探测技术的应用领域得到 极大拓展。 [0003]激光光谱技术是实现 高精度气体探测的重要技术， 具有精度高、 探测精度高、 探测 极限低、 气 体识别性能强等突出优势， 通常采用窄线宽激光器、 光气作用介质和光电探头等 关键部件构成探测系统。 近年来出现了采用空芯反谐振光纤作为光气作用介质的激光光谱 气体探测 技术。 空芯反谐振光纤的导光原理是反谐振导光机理， 即通过增强入射光在遇到 包层薄壁时的反射， 将光尽可能地束缚在纤芯中。 与早期光子带隙空芯光纤相比， 反谐振空 芯光纤的模场直径一般比较大， 因而传导模场中99.99％的光 强会与空气 重叠(光子带隙空 芯光纤中约为99.8 ％)， 提升了激光与气体作用效率。 此外， 反谐振空芯光纤的单模传输性 能也得到较大的提高， 这有利于对空芯光纤中光与气体的相互作用的稳定控制。 [0004]低损耗空芯反谐振光纤的使用可以在有限的空间内极大地增大激光和气体的作 用距离， 从而提高了气 体探测灵敏。 然而， 基于空芯反谐振光纤在实现气体探测过程中存在 很大的挑战： 首先， 由于空芯反谐振光纤的纤芯直径比较小(几微米到几十微米)， 光纤的长 度又比较长(几米到几百米)， 气体从光纤的输入端到达输出端时， 会受到比较大的阻力， 气 体从光纤外部进入光纤内部往往需要很长的时间才能达到一个平衡状态， 从而极大的限制 了气体探测的时间探测精度， 导 致气体探测响应时间延长 到几分钟甚至几小时。 发明内容 [0005]本发明针对现有技术的不足， 提供了一种基于侧面开孔空芯反谐振光纤的气体探 测装置。 [0006]本发明包括侧面开孔 空芯反谐振光纤、 光纤绕芯、 气体池、 激光器、 驱动器、 光电探 头和电路处 理单元。 [0007]侧面开孔空芯反谐振光纤缠绕在光纤绕芯上， 保持相邻每圈光纤不接触； 所述光 纤绕芯固定在气 体池中， 待测气体从气 体池进气口进入， 从气 体池出气口出去； 驱动器与激 光器导线连接， 实现对激光器的温控和电流驱动； 激光器输出激光注入气体池， 通过第一透 镜耦合进入侧面开孔空芯反谐振光纤； 从侧面开孔空芯反谐振光纤输出的激光通过第二透 镜耦合进入光电探头； 光电探头的输出端与电路处理单元导线连接， 电路处理单元采集光 电信号并进行处理； 电路处理单元与驱动器导线连接， 通过驱动器对激光器进行激光波长说　明　书 1/3 页 3 CN 115096845 A 3