CN111307747A - 一种光谱测量装置、制备方法和测量系统及其测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光纤传感技术领域，具体涉及一种光谱测量装置、制备方法和测量系统及其测量方法。包括：顺次连接的输入光纤、空芯光纤以及输出光纤；其中，所述空芯光纤内设置有预设气体，所述预设气体用于吸收输入光，以从所述输出光纤输出目标光谱。通过输入光纤连接填充有预设气体的空芯光纤，空芯光纤与输出光纤进行连接，当光源从输入光纤进入到空芯光纤时，光源中的光信息与预设气体中的气体分子进行吸收反应，使传输光信息携带预设气体的信息，并通过输出光纤输出并反应在光谱上，从而能够对光谱测量提供参考基准。并且利用气体吸收光谱技术，使其保证在进行光谱测量时，避免光谱位置发生改变，保证光谱测量结果的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及光纤传感技术领域，具体涉及一种光谱测量装置、制备方法和测量系统及其测量方法。
背景技术
随着光通信技术、激光技术和传感技术的快速发展，其用于波长定标的标准具被大量地应用到这些领域。而法布里-珀罗标准具为最常见的标准具，其主要由两块平板玻璃或石英板构成的一种高精细度的干涉仪。
由于在现有技术中，使用法布里-珀罗标准具进行光谱测量时，会因为其结构和环境等因素，导致产生测量误差，而这些测量误差很可能会导致测量结果不准确。例如，该标准具会因震动、机械形变、温度变化等因素的影响而导致其干涉光路的改变，造成波长的偏移，从而直接影响波长标定的准确性。或，在制作标准具的过程中需要精确控制干涉反射面的间距和反射率，因此制作成本较高。并且该标准具是通过光谐振腔产生梳状光谱，而通过光谐振腔产生的光谱又会因外界环境温度、压力等因素比较敏感，严重会使标定结果发生改变，对测量结果的稳定性带来影响。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种光谱测量装置、制备方法和测量系统及其测量方法，以解决因标准具受自身材料和结构的限制，使标定结果发生改变，并对测量结果的稳定性带来影响的问题。
根据第一方面，本发明实施例提供了一种光谱测量装置，包括：顺次连接的输入光纤、空芯光纤以及输出光纤；其中，所述空芯光纤内设置有预设气体，所述预设气体用于吸收输入光，以从所述输出光纤输出目标光谱。
通过输入光纤连接填充有预设气体的空芯光纤，空芯光纤在于输出光纤进行连接，当光源从输入光纤进入到达空芯光纤时，光源中的光信息与预设气体中的气体分子进行吸收反应，使传输光信息携带预设气体的信息，并通过输出光纤输出反应在光谱上，从而能够对光谱测量提供参考基准。并且利用气体吸收光谱技术，使其保证在进行光谱测量时，避免光谱位置发生改变，保证光谱测量结果的稳定性。
结合第一方面，在第一方面第一实施方式中，空芯光纤包括：
纤芯和包层；其中，所述包层具有多个薄壁毛细管，所述薄壁毛细管轴向与所述纤芯的轴向平行。
通过纤芯周围石英薄层的反谐振以及包层结构和纤芯之间的抑制耦合以实现低损耗宽通带传输。
结合第一方面，在第一方面第二实施方式中，所述输入光纤的输出端直径与所述输出光纤的输出端的直径相同，所述空芯光纤直径与所述输入光纤的输出端和所述输出光纤的输入端直径相同。
通过设置相同直径从而保证在进行传输时的低损耗，保证传输质量，并能够实现在中红外和近红外波段的光谱测量。
结合第一方面，在第一方面第三实施方式中，输入光纤包括：
顺次连接的第一单模光纤以及第一少模光纤；其中，所述第一少模光纤的一端与所述第一单模光纤的一端连接，所述第一少模光纤的另一端与所述空芯光纤的一端连接；
所述输出光纤包括：
顺次连接的第二少模光纤以及第二单模光纤；其中，所述第二少模光纤的一端与所述空芯光纤的另一端连接，所述第二少模光纤的另一端与所述第二单模光纤的一端连接。
结合第一方面，在第一方面第四实施方式中，少模光纤包括所述第一少模光纤和第二少模光纤，且所述少模光纤设置有第一端面和第二端面，所述少模光纤的第一端面与空芯光纤连接，所述少模光纤的第二端面与单模光纤连接。
结合第一方面，在第一方面第五实施方式中，所述少模光纤的第一端面直径与空芯光纤直径相同，所述少模光纤的第二端面直径与所述单模光纤直径相互匹配。
根据第二方面，本发明实施例提供了一种光谱测量装置的制备方法，包括：提供输入光纤、输出光纤以及空芯光纤；
将所述空芯光纤抽真空后并填充预设气体；
将填充预设气体后的所述空芯光纤的两端分别与所述输入光纤以及所述输出光纤连接。
结合第二方面，在第二方面第一实施方式中，提供输入光纤包括：
提供第一单模光纤以及第一少模光纤；
对所述第一少模光纤进行处理，以使得所述第一少模光纤的两端分别与所述第一单模光纤的一端，以及所述空芯光纤的一端适配；
所述提供输出光纤包括：
提供第二单模光纤以及第二少模光纤；
对所述第二少模光纤进行处理，以使得所述第二少模光纤的两端分别与所述空芯光纤的另一端，以及所述第二单模光纤的一端适配。
通过顺次连接输入光纤、空芯光纤以及输出光纤，其中空芯光纤设置有预设气体，输入光源从输入光纤进入，经过空芯光纤时，利用光谱吸收特性，使其通过输出光纤的光源与特定气体进行吸收反应，从而能够为光谱测量提供基准/参考。并且通过气体吸收光谱技术，具有非常好的温度稳定性，且受应力变化的影响小，不易产生特征波长漂移，测量准确性更高，其制作成本低；以空芯光纤作为吸收池，空芯光纤纤芯大，容纳的气体量多，使单位体积气体分子有效吸收率提高，吸收光谱强度高，装置体积小，具有更宽的光谱应用范围。
根据第三方面，本发明实施例提供了一种测量系统，包括：顺次连接的光源、可调谐滤波器以及耦合器；
第一测量支路，与所述耦合器连接；其中，所述第一测量支路包括至少一个待测目标、环形器以及第一探测器；所述环形器分别与所述耦合器以及所述第一探测器连接，用于将所述光源发出的光经过所述至少一个待测目标之后反射至所述第一探测器；
第二测量支路，与所述耦合器连接；其中，所述第二测量支路包括上述第一方面任一实施方式所述的光谱测量装置以及第二探测器；所述光谱测量装置与所述耦合器连接，所述第二探测器与所述光谱测量装置的输出光纤连接。
光源通过可调谐滤波器和耦合器在进入第一测量支路和第二测量支路，从而实现对未知波长进行标定的功能，并为未知波长的确定提供参考。
根据第四方面，本发明实施例提供了一种测量系统的测量方法，包括：
获取所述第一探测器的第一探测结果以及所述第二探测器的第二探测结果；
对比所述第一探测结果以及所述第二探测结果，得到所述至少一个待测目标的中心波长。
利用第一探测结果确定待测定波长位置及数量，在利用第二探测结果进行比对，从而能够确定出第一探测结果对应于第二探测结果的位置，在根据第二探测结果为待测定波长提供参考基准，从而确定出待测定波长。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
图1是本发明实施例的一种光谱测量装置的结构图；
图2是本发明实施例的空芯光纤结构示意图；
图3是本发明实施例的空芯光纤横截面示意图；
图4是本发明实施例的输入光纤的结构框图；
图5是本发明实施例的输出光纤的结构框图；
图6是本发明实施例的一种光谱测量装置制备方法的流程图；
图7是本发明实施例的一种测量系统的结构示意图；
图8是本发明的可选实施例CO2气体在1.53μm～1.549μm波段的光谱吸收强度图；
图9是本发明的可选实施例CO2气体在2.045μm～2.08μm波段的光谱吸收强度图；
图10是本发明的可选实施例CO2气体在4.18μm～4.37μm波段的光谱吸收强度图；
图11是本发明的可选实施例为探测器1和探测器2随可调谐滤波器调制后测得的光谱对照图；
图12是本发明的可选实施例波长g、h、j、k、l、o、p、t、u的波长值；
附图标记
1-输入光纤；2-空芯光纤；3-输出光纤；4-光源；5-气体分子；6-薄壁毛细管；71-第一单模光纤；72-第二单模光纤81-第一少模光纤；82-第二少模光纤；9-少模光纤熔融拉锥变细端；10-少模光纤未拉锥端；11-可调谐滤波器；12-耦合器，13-环形器；14-光谱测量装置；15-第二探测器，16-第一探测器；17-第一FBG；18-第二FBG；19-第三FBG；20-第四FBG。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
红外吸收光谱是一种分子吸收光谱。当样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收某些频率的辐射，并由其振动或转动运动引起偶极矩的净变化，产生分子振动和转动能级从基态到激发态的跃迁，并使相对应于吸收区域的透射光强度减弱。记录红外光的百分透射比与波数或波长关系曲线，就可以得到红外光谱，从而实现光谱测量。本发明可选实施例将以中/近红外光为光源，通过本发明实施例所提供的光谱测量装置如何进行光谱测量进行阐述。
本发明实施例所提供的一种光谱测量装置，也可以是一种标准具，如图1-3所示，该光谱测量装置通过处于基态和低激发态的气体分子5吸收具有连续分布的波长的光而跃迁到各激发态，从而形成按波长排列的暗线并组成光谱。且该光谱测量装置/标准具受到温度和应力变化等因素的影响比较小，制作成本低。根据气体分子5的吸收特性，其光谱测量装置/标准具的工作波段覆盖近红外和中红外的波长区间1.0μm～5.0μm。
如图1所示，本发明实施例提供的一种光谱测量装置，包括：顺次连接的输入光纤1、空芯光纤2以及输出光纤3；其中，空芯光纤2内设置有预设气体，预设气体用于吸收输入光，以从输出光纤3输出目标光谱。
光源4从输入光纤1进入到空芯光纤2，通过输出光纤3输出，并将进行吸收反应的光信息，输送到光谱分析设备上，对传输到光谱分析设备上的光信息进行分析测量。其中，输入光纤1和输出光纤3可以是氟化物光纤，利用氟化物光纤具有较高的掺杂浓度和强度的特点，实现光谱测量的高稳定性和光信息传输的低损耗。利用空芯光纤2性能不受纤芯的材料特性限制的特点从而大大降低光纤材料特性对光学性质和光纤性能的影响。
由光源4发出的光信息进入空芯光纤2并与所填充的预设气体产生吸收反应，在通过输出光纤3输出得到目标光谱，其中所输出的目标光谱信息中包含了与气体分子5吸收相应的特定光谱线序列。且每个光谱序列对应的波长值均由气体分子5的类型决定。因此，通过预设置一组波长序列作为光谱测量的基准，并对光谱信息进行衡量/标定。
由于所输出的光谱信息可以是预设气体与进入空芯光纤2混合后光强随穿透距离衰减的规律，因此从其规律中可以获得预设气体的波长信息，并根据所获取的波长信息确定其预设气体的波长或预设气体浓度。
此外，空芯光纤2的两端与输入光纤1和输出光纤3连接，其优选的连接方式是通过光纤熔接机进行熔接，但也可以是通过粘接或机械连接，以减少光信息在传输过程中的损耗。
输入光纤1的入端用于光源4输入，输入光纤1的出端与空芯光纤2的入端连接，空芯光纤2的出端与输出光纤3的入端连接，当光源4中的光信息从输入光纤1进入到达空芯光纤2时，光信息中的光子与预设气体中的气体分子碰撞后进行吸收反应，使光源4传输的光信息携带预设气体信息，并通过输出光纤3输出到光谱分析设备上，从而能够对预设气体通过光谱进行分析测量并提供参考基准。并且在利用气体吸收光谱技术时，还能保证在进行光谱测量时，避免光谱位置发生改变，保证光谱测量结果的稳定性。
可选的，光源4可以是中红外光或近红外光。
可选的，如图1-3所示，空芯光纤2包括：纤芯和包层；其中，包层具有多个薄壁毛细管6，薄壁毛细管6轴向与纤芯的轴向平行。通过纤芯周围石英薄层的反谐振以及包层结构和纤芯之间的抑制耦合以实现低损耗宽通带传输。此外，空芯光纤2的透射光谱范围覆盖为0.6μm-5.0μm。
可选的，输入光纤1的输出端直径与输出光纤3的输出端的直径相同，空芯光纤2直径与输入光纤1的输出端和输出光纤3的输入端直径相同，通过设置相同直径从而保证在进行传输时的低损耗，保证传输质量，并能够实现在中红外和近红外的光谱测量。
可选的，如图1-5所示，在使用中红外光进行测量时，依次连接输入光纤1、空芯光纤2、输出光纤3以及光谱检测设备，并对所输出的光信息进行光谱分析。而在使用近红外光进行测量时，虽是依次连接输入光纤1、空芯光纤2、输出光纤3以及光谱检测设备，但输入光纤1还可以是顺次连接的第一单模光纤71以及第一少模光纤81；其中，第一少模光纤81的一端与第一单模光纤71的一端连接，第一少模光纤81的另一端与空芯光纤2的输入端连接；其输出光纤3可以是顺次连接的第二少模光纤82以及第二单模光纤72；其中，第二少模光纤82的一端与空芯光纤2的输出端连接，第二少模光纤82的另一端与第二单模光纤72的一端连接。此外，第一单模光纤71和第二单模光纤72均属于单模光纤，而第一少模光纤81和第二少模光纤82同属于少模光纤。其中，第一单模光纤71和第二单模光纤72，或，而第一少模光纤81和第二少模光纤82所使用的制备材料、截取长度均相同，以保证光信息在传输过从中的低损耗。
可选的，在使用中红外光进行测量时，少模光纤包括第一少模光纤81和第二少模光纤82，其中少模光纤设置有第一端面和第二端面，少模光纤的第一端面与空芯光纤2连接，少模光纤的第二端面与单模光纤连接。且少模光纤的第一端面直径与空芯光纤2直径相同，少模光纤的第二端面直径与单模光纤直径相互匹配。
其中，第一端面的直径的大小与第二端面的直径大小可以设置成不对等的直径，例如：在第一端面和第二端面之间可以形成圆台形状。设置第一端面的直径与空芯光纤2直径相同，第二端面的直径大小与单模光纤相互匹配从而能够降低光信息在传输过程中的损耗，保证光信息的传输质量。
可选的，预设气体为：CO2、NO2、C2H2中的至少一种，且预设气体是通过预先填充在空芯光纤2内在与输入光纤1和输出光纤3进行连接。这样做能够最大程度上保证空芯光纤2的预设气体与光源4所传输的光信息进行充分反应，以减少在光信息在传输过程中的损耗，并且通过预填充气体实现对多种气体的光谱信息进行检测/标定，使其光谱测量装置适用于对不同气体的光谱信息测定。
如图1-6所示，本发明实施例提供的一种光谱测量装置的制备方法，适用于中红外波段或近红外波段的测量，具体包括：
S1，提供输入光纤1、输出光纤3以及空芯光纤2；
其中，输入光纤1/输出光纤3在对中红外光进行测量时，使用传统的氟化物光纤，而在对近红外光进行测量时，则需要对输入光纤1/输出光纤3的结构进行处理，具体的原输入光纤将由第一单模光纤71和第一少模光纤81替换；且第一少模光纤81需要进行光纤融熔使其光纤一端经过拉锥处理后变细(呈锥形)，且第一少模光纤81的两端还分别与第一单模光纤71的一端，和空芯光纤2的一端适配。
而原输出光纤3将由第二单模光纤72以及第二少模光纤82替换；对第二少模光纤82进行光纤融熔使其光纤一端经过拉锥处理后变细，以使得第二少模光纤82的两端分别与空芯光纤2的另一端，以及第二单模光纤72的一端适配。经过熔融拉锥变细的少模光纤与单模光纤熔接制备形成输入光纤1/输出光纤3，并且使用少模光纤与单模光纤组合成输入光纤1/输出光纤3能够降低光纤耦合损耗。
S2，将空芯光纤2抽真空后并填充预设气体；与填充气体可以是CO2、NO2、C2H2中的任意一种或多种混合。
S3，将填充预设气体后的空芯光纤2的两端分别与输入光纤1以及输出光纤3连接。
通过顺次连接输入光纤1、空芯光纤2以及输出光纤3，其中空芯光纤2内设置有预设气体，输入光源4从输入光纤1进入，经过空芯光纤2时，利用光谱吸收特性，使其通过输出光纤3的光信息与预设气体进行吸收反应，从而能够为光谱测量提供基准/参考。并且通过气体吸收光谱技术，具有非常好的温度稳定性，且受应力变化的影响小，不易产生特征波长漂移，测量准确性更高，其制作成本低。以空芯光纤2作为吸收池，并且空芯光纤2纤芯大，容纳的气体量多，使得单位体积气体分子5的有效吸收率提高，且还具备吸收光谱强度高，装置体积小，光谱应用范围宽的特点。
此外，本发明还可以是兼顾近红外波段和中红外波段气体吸收光谱的标准具，该标准具具有光谱范围广、受温度和应力变化影响小的优点。
可选的实施例
一种光谱测量装置，该光谱测量装置也可以是一种标准具。相比于现有的法布里-珀罗标准具，本发明所提供的一种光谱测量装置，具有更高的稳定性和更低的制作成本。同时，本发明能兼顾近红外波段和中红外波段的气体吸收光谱测量。
如图1-5所示，该光谱测量装置包括输入光纤1、空芯光纤2、输出光纤3。空芯光纤2为无节点反谐振空芯光纤2。空芯光纤2内为CO2、NO2、C2H2单一及混合的填充气体，两端分别与输入光纤1和输出光纤3熔接。输入光从输入光纤1入射到空芯光纤2之后，由于气体分子5的特征吸收作用，从输出光纤3输出的输出光谱信息中包含了与气体分子5吸收相应特定光谱线序列。且每个光谱序列的波长值由气体分子5类型决定。因此，一组波长序列作为光谱测量的基准，实现光谱测量标定的功能。
空芯光纤2的光谱范围覆盖0.6μm-5.0μm，气体分子5的吸收谱线同时存在与近红外和中红外波段。在不同的光谱工作区间，根据光纤本身的吸收特性对应制备光谱测量装置。
具体来说，在2.0μm～5.0μm的中红外波段，该光谱测量装置的输入光纤1和输出光纤3采用的是氟化物光纤；在1.0μm～2.0μm的近红外波段，该光谱测量装置的输入光纤1和输出光纤3采用模式适配的方法，将经熔融拉锥变细的少模光纤与单模光纤熔接制备输入输出光纤3，降低光纤耦合损耗。
由于单模光纤和少模光纤不能传导中红外光，因此，在对中红外波段进行测量时，光谱测量装置的制作需要包括以下步骤：
步骤一：将纤芯直径、包层直径均与空芯光纤2纤芯和包层直径相等的氟化物光纤作为输入光纤1和输出光纤3。将输入和输出的氟化物光纤和空芯光纤2两端用切割刀切平。
步骤二：截取1m长的空芯光纤2，置于密封装置内，抽真空后再填充CO2、NO2、C2H2中的单一或混合气体。然后迅速将空芯光纤2取出并将空芯光纤2两端分别与输入和输出的氟化物光纤熔接。
而在对近红外波段进行测量时，其光谱测量装置的制作，包括以下步骤：
步骤一：将单模光纤和少模光纤的连接结构，替换为输入光纤1和输出光纤3；其中，单模光纤和少模光纤两端均用切割刀切平，再将少模光纤在氢氧混合型光纤拉锥机上熔融拉锥，当锥区纤芯最小直径达到8-12μm时停止拉锥。然后用切割刀沿锥区纤芯最小直径切割，得到一个平滑且纤芯为8μm-12μm，包层为100μm-120μm的光纤端面，并将该变细端与切平了的单模光纤一端用熔接机熔接，以此得到适用于近红外波段的输入光纤1和输出光纤3。
步骤二：截取1m长的空芯光纤2，置于密封装置内，抽真空后再填充CO2、NO2、C2H2中的单一或混合气体。然后迅速将空芯光纤2取出并将空芯光纤2两端分别与输入光纤1和输出光纤3中的少模光纤另一端熔接。
本实施例所具有的优点：
1.本实施例依据气体吸收光谱技术，具有非常好的温度稳定性，且受应力变化的影响小，不易产生特征波长漂移，测量准确性更高，制作成本低；
2.本实施例以空芯光纤2作为吸收池，其所采用的空芯光纤2的纤芯大，容纳的气体量多，单位体积气体分子5有效吸收率高，吸收光谱强度高，装置体积小。
3.本实施例兼顾近红外波段和中红外波段，具有更宽的光谱应用范围。
本发明实施例提供的一种测量系统，如图7所示，包括：顺次连接的光源4、可调谐滤波器11以及耦合器12；其中，光源4包括：近红外光和中红外光，可调谐滤波器11优选的是可调谐光学滤波器，也可以是平顶、选择率超高和带宽窄的可调谐滤波器11。耦合器12可以是定向耦合器12也可以是根据实验需求而配备的耦合器12。
第一测量支路，与耦合器12连接；其中，第一测量支路包括至少待测目标、环形器13以及第一探测器16；其中环形器13分别与耦合器12以及第一探测器16连接，用于将光源4发出的光经过至少一个待测目标之后反射至第一探测器16；
第二测量支路，与耦合器12连接；其中，第二测量支路包括光谱测量装置14以及第二探测器15；光谱测量装置14与耦合器12连接，第二探测器15与光谱测量装置14的输出光纤3连接。光源4通过可调谐滤波器11和耦合器12在进入第一测量支路和第二测量支路，从而实现对未知波长进行标定的功能，并为未知波长的确定提供参考。
其中，耦合器12用于测量光束的比例分配；待测目标至少为2个，环形器13用于接收由FBG(FBG，Fiber Bragg Grating，光纤布拉格光栅)反射的FBG反射光功率，送入第一探测器16进行检测。而第二测量支路则是利用光谱测量装置14连接第二探测器15进行测量，由于每个光谱序列对应的波长值均由气体分子5类型决定，因此根据第一探测器16的测量结果和第二探测器16的测量结果进行比对，可以对待测目标进行衡量与标定。又因为该系统利用气体吸收光谱技术，使得其系统具有非常好的温度稳定性，且受应力变化的影响小，不易产生特征波长漂移，测量准确性更高，且制作成本低。
本发明实施例提供的一种测量系统的测量方法，包括：
获取第一探测器16的第一探测结果以及第二探测器15的第二探测结果；对比第一探测结果以及第二探测结果，得到至少一个待测目标的中心波长。
利用第一探测结果确定待测定波长位置及数量，在利用第二探测结果进行比对，从而能够确定出第一探测结果对应于第二探测结果的位置，再根据第二探测结果为第一探测器16的探测结果可以是被测FBG反射光功率，而第二探测器15的探测结果可以是光功率变化曲线，由于第一探测器16和第二探测15器通过相同可调谐滤波器10，因此，两者具有完全相同的波长信息。将两个光谱图进行对照，则可以确定出第一探测器16中所探测对象的波长范围以及其他光谱信息，并且可以作为衡量与标定探测对象的基准。从而提高探测的精度，以及提高测量系统的稳定性。待测定波长提供参考基准，从而确定出待测定波长。
可选的实施例
一种测量系统，如图1-11所示，该测量系统包括输入光纤1为无节点反谐振空芯光纤，具体如图1-3所示，所用反谐振空芯光纤属于单圈，无节点结构，光纤包层采用了一层8个薄壁毛细管6，通过纤芯周围石英薄层的反谐振以及包层结构和纤芯之间的抑制耦合来实现低损耗宽通带传输。空芯光纤2的光传输透射光谱范围为1.0μm～5.0μm。空芯光纤2内为CO2、NO2、C2H2单一及混合的填充气体，其两端分别与输入光纤1和输出光纤3熔接。光源4发出的光经输入光纤1输入，在空芯光纤2内与填充气体发生光谱吸收作用，光谱经输出光纤3输出并被探测器检测。
当在对2μm～5μm的中红外波段进行检测时，该测量系统的输入光纤1和输出光纤3均采用的是氟化物光纤，在氟化物光纤中典型组分(质量分数)为53％ZrF4，20％BaF2，4％LaF3，3％AlF3和20％NaF(ZBLAN)，声子能量为550cm-1，波长2～5μm波段的光可以实现低损耗传输。
当在对1.0μm～2.0μm的近红外波段进行检测时，为了降低输入输出光纤3耦合损耗，该测量系统的输入光纤1和输出光纤3采用模式适配的方法，其中模式适配方法是指单模光纤，少模光纤和空芯光纤2三者光纤之间的光纤芯直径的匹配方式。由于单模光纤纤芯较小(约10um)，而少模光纤与空芯光纤2纤芯在25um左右，因此直接熔接光纤将会导致纤芯直径不匹配而产生较大光损耗。因此，通过将少模光纤拉锥的方式，使其一端与空芯光纤2纤芯直径匹配，另一端与单模光纤纤芯直接匹配。从而实现模式适配的效果。
如图4-5所示，将少模光纤熔融拉锥变细端9与单模光纤一端熔接得到适用于测量系统的输入光纤1或输出光纤3。少模光纤未拉锥端10与空芯光纤2熔接。
以填充气体为CO2为例，参见图8-9，在本测量系统中填充CO2，从单模光纤探测到的对应吸收光谱在1.53μm～1.549μm、2.04μm～2.08μm波段。又如图10所示，在本测量系统中填充CO2，从输出光纤3探测到的对应吸收光谱在4.18μm～4.37μm波段，将均匀间距的光谱吸收线作为光谱波长的参考，实现对应光谱区间的波长校正的功能。
可选的实施例
如图7-12所示，一种基于气体吸收光谱的测量系统；其宽带光源4发出的光经可调谐滤波器11滤波后被耦合器12分成两束比例分别为90％、10％的光束。比例为90％的光束被待测的四个具有不同中心波长的第一FBG17、第二FBG18、第三FBG19、第四FBG20串联形成FBG反射后，经环形器13后达到第一探测器16检测。随着可调谐滤波器11随时间变化的调制作用，第一探测器16接受到随时间变化的FBG反射光功率。如图7-10所示。同时，10％的光束经过光谱测量装置14中的空芯光纤2时与空芯光纤2内的CO2发生光谱吸收反应，随着可调谐滤波器11随时间点调制作用，得到第二探测器15输出的光功率变化曲线如图11所示。由于第一探测器16和第二探测器15接受的光来自于同一个可调谐滤波器11，因此，两者具有完全相同的波长信息。将两个光谱图进行对照，图11中四个串联FBG的中心波长λ1、λ2、λ3、λ4分别可在图11中找到一个对应位置的谱线。参照图11，其波g、h、j、k、l、o、p、t、u的波长值如图12所示。通过对两者的比较与计算可得到待测FBG反射光谱的中心波长分别为λ1＝1.5415μm、λ2＝1.5429μm、λ3＝1.5450μm、λ4＝1.5469μm，从而对待测器件FBG的光谱进行校准。
Claims (10)
1.一种光谱测量装置，其特征在于，包括：
顺次连接的输入光纤、空芯光纤以及输出光纤；
其中，所述空芯光纤内设置有预设气体，所述预设气体用于吸收输入光，以从所述输出光纤输出目标光谱。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述空芯光纤包括：
纤芯和包层；其中，所述包层具有多个薄壁毛细管，所述薄壁毛细管轴向与所述纤芯的轴向平行。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述输入光纤、所述空芯光纤以及所述输出光纤的直径相同。
4.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述输入光纤包括：
顺次连接的第一单模光纤以及第一少模光纤；其中，所述第一少模光纤的一端与所述第一单模光纤的一端连接，所述第一少模光纤的另一端与所述空芯光纤的一端连接；
所述输出光纤包括：
顺次连接的第二少模光纤以及第二单模光纤；其中，所述第二少模光纤的一端与所述空芯光纤的另一端连接，所述第二少模光纤的另一端与所述第二单模光纤的一端连接。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，少模光纤包括所述第一少模光纤和所述第二少模光纤，且所述少模光纤设置有第一端面和第二端面，所述少模光纤的第一端面与空芯光纤连接，所述少模光纤的第二端面与单模光纤连接。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述少模光纤的第一端面直径与空芯光纤直径相同，所述少模光纤的第二端面直径与所述单模光纤直径相互匹配。
7.一种光谱测量装置的制备方法，其特征在于，包括：
提供输入光纤、输出光纤以及空芯光纤；
将所述空芯光纤抽真空后并填充预设气体；
将填充预设气体后的所述空芯光纤的两端分别与所述输入光纤以及所述输出光纤连接。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述提供输入光纤包括：
提供第一单模光纤以及第一少模光纤；
对所述第一少模光纤进行处理，以使得所述第一少模光纤的两端分别与所述第一单模光纤的一端，以及所述空芯光纤的一端适配；
所述提供输出光纤包括：
提供第二单模光纤以及第二少模光纤；
对所述第二少模光纤进行处理，以使得所述第二少模光纤的两端分别与所述空芯光纤的另一端，以及所述第二单模光纤的一端适配。
9.一种测量系统，其特征在于，包括：
顺次连接的光源、可调谐滤波器以及耦合器；
第一测量支路，与所述耦合器连接；其中，所述第一测量支路包括至少一个待测目标、环形器以及第一探测器；所述环形器分别与所述耦合器以及所述第一探测器连接，用于将所述光源发出的光经过所述至少一个待测目标之后反射至所述第一探测器；
第二测量支路，与所述耦合器连接；其中，所述第二测量支路包括权利要求1-6中任一项所述的光谱测量装置以及第二探测器；所述光谱测量装置与所述耦合器连接，所述第二探测器与所述光谱测量装置的输出光纤连接。
10.一种基于权利要求9所述的测量系统的测量方法，其特征在于，包括：
获取所述第一探测器的第一探测结果以及所述第二探测器的第二探测结果；
对比所述第一探测结果以及所述第二探测结果，得到所述至少一个待测目标的中心波长。
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