CN203519484U - 一种调q光纤激光器腔内光声光谱气体检测系统 - Google Patents
一种调q光纤激光器腔内光声光谱气体检测系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN203519484U CN203519484U CN201320605333.8U CN201320605333U CN203519484U CN 203519484 U CN203519484 U CN 203519484U CN 201320605333 U CN201320605333 U CN 201320605333U CN 203519484 U CN203519484 U CN 203519484U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- optical fiber
- output
- coupling mirror
- input
- fiber laser
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 title claims abstract description 41
- 238000004867 photoacoustic spectroscopy Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title abstract description 30
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims abstract description 38
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims abstract description 37
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims abstract description 37
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims abstract description 19
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 claims abstract description 16
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 44
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 18
- -1 optoisolator Substances 0.000 claims description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 3
- KWMNWMQPPKKDII-UHFFFAOYSA-N erbium ytterbium Chemical compound [Er].[Yb] KWMNWMQPPKKDII-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 2
- 229910052775 Thulium Inorganic materials 0.000 claims 1
- FRNOGLGSGLTDKL-UHFFFAOYSA-N thulium atom Chemical compound [Tm] FRNOGLGSGLTDKL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 21
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 9
- 238000005086 pumping Methods 0.000 abstract description 3
- 238000013480 data collection Methods 0.000 abstract 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 41
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 12
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004566 IR spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000002848 electrochemical method Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000004817 gas chromatography Methods 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000010606 normalization Methods 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 238000010895 photoacoustic effect Methods 0.000 description 1
- 238000001834 photoacoustic spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000004445 quantitative analysis Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
一种调Q光纤激光器腔内光声光谱气体检测系统，属光纤气体检测技术领域。包括泵浦光源、稀土掺杂光纤、调Q开关等，其中波分复用器、稀土掺杂光纤、光隔离器、置入输入、输出耦合镜的气室、调Q开关、光纤耦合器组成脉冲光纤激光器环形腔；石英音叉放置于气室内，用于探测光纤激光器腔内脉冲激光激发气体产生的声波信号；石英音叉探测到的信号由锁相放大器进一步提取，并通过数据采集卡获取传输给计算机，做气体浓度反演后获取气体浓度信息。结合了光纤激光技术与光声光谱气体检测技术，本实用新型系统具有高灵敏度、高性价比、成本低等特点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种调Q光纤激光器腔内光声光谱气体检测系统，即涉及一种内腔式的、基于光声光谱气体检测技术的气体检测系统，属光纤气体检测技术领域。
技术背景
工业生产过程中，往往需要对某些气体进行定性甚至定量分析以确保生产安全。而针对一些痕量气体则需要高灵敏度的气体检测装置，目前，常用气体检测方法主要有电化学法、红外光谱法以及气相色谱法等，其中红外光谱法一直备受关注，其关键技术有直接光谱吸收技术、差分吸收技术、基于波长扫描的差分吸收技术、谐波检测技术、内腔式光谱吸收技术以及光声光谱技术。传统的吸收技术由于气体有效吸收光程有限，所以其检测灵敏度不会很高；内腔式光谱吸收技术将气室置于光纤激光器谐振腔内，利用激光往返振荡大大增加气体有效吸收光程，但该技术仍依赖波长扫描技术，需在强背景噪声中提取极微弱的有效信号，使得提高探测灵敏度受到一定的限制；光声光谱检测技术直接测量气体吸收的光能，可以探测极微弱的吸收，具有较高灵敏度，但现有研究均是基于成品激光器耦合输出的激光作为激发光源，耦合过程损耗很大一部分光能。
《中国激光》，2009年，36卷9期，2384-2387页，作者为贾大功、刘琨、井文才、汪讌、张红霞、张以谟，题为《基于环腔光纤激光器的气体检测方法》的文章提出一种基于光纤激光器内腔设计的气体检测系统，该系统采用波长扫描技术使光纤激光器输出波长覆盖多个气体吸收峰，通过对多吸收峰反演浓度取平均值的方法得出对应气体浓度，该方法相对于利用单个吸收峰来说在检测灵敏度和精度上都有所提升，然而基于波长扫描技术的直接光谱吸收本身就存在灵敏度低的缺陷，而且传统气室为能增加有效吸收光程其尺寸一般不会做太小，这将使得在未来形成产品时存在体积大的缺点。
发明内容
为克服现有相关技术的不足，本实用新型设计了一种调Q光纤激光器腔内光声光谱气体检测系统。
本实用新型系统由以下技术方案来实现：
一种调Q光纤激光器腔内光声光谱气体检测系统，包括泵浦光源、波分复用器、稀土掺杂光纤、光隔离器、气室、输入耦合镜、输出耦合镜、石英音叉、调Q开关、光纤耦合器、光电探测器、数据采集卡、锁相放大器、计算机；其特征在于所述泵浦光源输出端接波分复用器对应输入端，波分复用器复合端接稀土掺杂光纤的一端，稀土掺杂光纤的另一端接光隔离器输入端；输入耦合镜与输出耦合镜的光轴对准分别放置于气室内的前后端；光隔离器输出端接气室内放置的输入耦合镜，输出耦合镜接调Q开关的输入端，调Q开关的输出端接光纤耦合器的输入端，光纤耦合器分光为90%的一输出端接波分复用器对应的另一输入端，光纤耦合器分光为10%的一输出端接光电探测器光输入端；光电探测器信号输出端接数据采集卡的模拟输入端A；石英音叉置于气室内的输入耦合镜和输出耦合镜之间，石英音叉的信号输出端接锁相放大器信号输入端，锁相放大器的参考信号输入端接数据采集卡的模拟输出端B，锁相放大器的输出端接数据采集卡的模拟输入端B；数据采集卡的模拟输出端A接调Q开关的控制输入端；数据采集卡的信号输入端口通过数据线连接至计算机；
所述波分复用器、稀土掺杂光纤、光隔离器、置入输入、输出耦合镜的气室、调Q开关、光纤耦合器构成光纤激光器的环形腔。
所述泵浦光源为半导体激光器。
所述的稀土掺杂光纤为掺铒光纤或掺镱光纤或掺铥光纤或铒镱共掺光纤。
所述石英音叉为32.768KHz脱去真空壳的柱形晶振。
所述的光电探测器为铟镓砷光电探测器。
所述的调Q开关、波分复用器、光隔离器、光纤耦合器、输入耦合镜、输出耦合镜均为普通商用激光调Q技术、光纤传感或光通讯器件。
所述的用于探测光声信号的石英音叉位于光纤激光器环形腔内部，光声信号产生于光纤激光器腔内；且光纤激光器腔内脉冲强度比激光器输出脉冲强度大，因此腔内产生的光声信号较输出激光在腔外可激发的光声信号强，检测灵敏度高。
所述气室可做到很小，需要待测气体样本很少。
本系统工作时，波分复用器、稀土掺杂光纤、光隔离器、置入输入、输出耦合镜的气室、调Q开关、光纤耦合器构成光纤激光器的环形腔；数据采集卡输出一定频率的脉冲信号控制调Q开关通断，实现调Q过程，使激光器腔内形成对应频率的激光脉冲；腔内激光经过输入耦合镜耦合进入气室，并通过石英音叉叉股间的缝隙传输至输出耦合镜，由该耦合镜耦合传输至可调谐滤波器输入端；光纤激光器形成的稳定激光部分经光纤耦合器分光比为90%的输出端返回环形腔参与振荡，另一部分激光由光纤耦合器分光比为10%的输出端输出至光电探测器，又经数据采集卡采集，作为激光输出监测、归一化参考之用；气室内装有待测气体，经过石英音叉叉股间的激光脉冲激发光声效应，石英音叉探测所产生的声波信号，并将信号传输至锁相放大器进行谐波检测；数据采集卡将获得的数据及必要参考数据传输给计算机，做进一步的反演计算，得出相应气体浓度。
本实用新型的优点：
首先，将气室置于光纤激光器内部充分利用了一个激光器所能产生的激光能量，而且可以提高检测信号强度；其次，将具有极高检测灵敏度的光声光谱气体检测技术应用于内腔式气体检测系统中，进一步提高整个系统的检测灵敏度；第三，基于石英音叉的光声光谱检测技术需要极少量的样品气体；第四，系统的构成组件多数为光纤传感和光通讯常用器件，其成本低。
附图说明
图1是本实用新型涉及的气体检测系统的示意图。
其中：1、泵浦光源，2、波分复用器，3、稀土掺杂光纤，4、光隔离器，5、气室，6、石英音叉，7、调Q开关，8、光纤耦合器，9、光电探测器，10、数据采集卡，11、锁相放大器，12、计算机，13、输入耦合镜，14输出耦合镜。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明，但不限于此。
实施例1：
如图1所示，一种调Q光纤激光器腔内光声光谱气体检测系统，包括泵浦光源1、波分复用器2、稀土掺杂光纤3、光隔离器4、气室5、输入耦合镜13、输出耦合镜14、石英音叉6、调Q开关7、光纤耦合器8、光电探测器9、数据采集卡10、锁相放大器11、计算机12，其特征在于泵浦光源1输出端接波分复用器2对应输入端，波分复用器2复合端接稀土掺杂光纤3的一端，稀土掺杂光纤3的另一端接光隔离器4输入端，光隔离器4输出端接气室5内放置的输入耦合镜13，输入耦合镜13与输出耦合镜14的光轴对准分别放置于气室5内的前后端；输出耦合镜14接调Q开关7的输入端，调Q开关7的输出端接光纤耦合器8的输入端，光纤耦合器8分光比为90%的一输出端接波分复用器2对应的另一输入端，光纤耦合器8分光比为10%的一输出端接光电探测器9的光输入端；光电探测器9信号输出端接数据采集卡10的模拟输入端A；石英音叉6置于气室内的输入耦合镜13和输出耦合镜14之间，石英音叉6的信号输出端接锁相放大器11信号输入端，锁相放大器11的参考信号输入端接数据采集卡10的模拟输出端B，锁相放大器11的输出端接数据采集卡10的模拟输入端B；数据采集卡10的模拟输出端A接调Q开关7的控制输入端；数据采集卡10的信号输入端口通过数据线连接至计算机12；
所述波分复用器2、稀土掺杂光纤3、光隔离器4、置入输入、输出耦合镜13、14的气室5、调Q开关7、光纤耦合器8构成光纤激光器的环形腔。
所述泵浦光源1为半导体激光器。
所述的稀土掺杂光纤3为掺铒光纤。
所述石英音叉6为32.768KHz脱去真空壳的柱形晶振。
所述的光电探测器9为铟镓砷光电探测器。
实施例2：
和实施例1相同，只是所述的稀土掺杂光纤3为掺镱光纤。
实施例3：
和实施例1相同，只是所述的稀土掺杂光纤3为掺铥光纤。
实施例4：
和实施例1相同，只是所述的稀土掺杂光纤3为铒镱共掺光纤。
Claims (5)
1.一种调Q光纤激光器腔内光声光谱气体检测系统，包括泵浦光源、波分复用器、稀土掺杂光纤、光隔离器、气室、输入耦合镜、输出耦合镜、石英音叉、调Q开关、光纤耦合器、光电探测器、数据采集卡、锁相放大器和计算机；其特征在于所述泵浦光源输出端接波分复用器对应输入端，波分复用器复合端接稀土掺杂光纤的一端，稀土掺杂光纤的另一端接光隔离器输入端；输入耦合镜与输出耦合镜的光轴对准分别放置于气室内的前后端；光隔离器输出端接气室内放置的输入耦合镜，输出耦合镜接调Q开关的输入端，调Q开关的输出端接光纤耦合器的输入端，光纤耦合器分光为90%的一输出端接波分复用器对应的另一输入端，光纤耦合器分光为10%的一输出端接光电探测器光输入端；光电探测器信号输出端接数据采集卡的模拟输入端A；石英音叉置于气室内的输入耦合镜和输出耦合镜之间，石英音叉的信号输出端接锁相放大器信号输入端，锁相放大器的参考信号输入端接数据采集卡的模拟输出端B，锁相放大器的输出端接数据采集卡的模拟输入端B；数据采集卡的模拟输出端A接调Q开关的控制输入端；数据采集卡的信号输入端口通过数据线连接至计算机；
所述波分复用器、稀土掺杂光纤、光隔离器、置入输入、输出耦合镜的气室、调Q开关、光纤耦合器构成光纤激光器的环形腔。
2.如权利要求1所述的一种调Q光纤激光器腔内光声光谱气体检测系统，其特征在于所述泵浦光源为半导体激光器。
3.如权利要求1所述的一种调Q光纤激光器腔内光声光谱气体检测系统，其特征在于所述的稀土掺杂光纤为掺铒光纤或掺镱光纤或掺铥光纤或铒镱共掺光纤。
4.如权利要求1所述的一种调Q光纤激光器腔内光声光谱气体检测系统，其特征在于所述石英音叉为32.768KHz脱去真空壳的柱形晶振。
5.如权利要求1所述的一种调Q光纤激光器腔内光声光谱气体检测系统，其特征在于所述的光电探测器为铟镓砷光电探测器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201320605333.8U CN203519484U (zh) | 2013-09-27 | 2013-09-27 | 一种调q光纤激光器腔内光声光谱气体检测系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201320605333.8U CN203519484U (zh) | 2013-09-27 | 2013-09-27 | 一种调q光纤激光器腔内光声光谱气体检测系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN203519484U true CN203519484U (zh) | 2014-04-02 |
Family
ID=50378402
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201320605333.8U Expired - Lifetime CN203519484U (zh) | 2013-09-27 | 2013-09-27 | 一种调q光纤激光器腔内光声光谱气体检测系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN203519484U (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103472001A (zh) * | 2013-09-27 | 2013-12-25 | 山东大学 | 一种调q光纤激光器腔内光声光谱气体检测系统 |
| WO2017153765A1 (en) * | 2016-03-09 | 2017-09-14 | Fraunhofer Uk Research Ltd | Photo-acoustic detector |
| CN109946237A (zh) * | 2019-04-09 | 2019-06-28 | 山东大学 | 一种光强增强型光声光谱气体检测系统 |
| CN113155741A (zh) * | 2020-01-22 | 2021-07-23 | 中国海洋大学 | 一种石英音叉自调自检的波长扫描调q光声光谱气体检测系统及其应用 |
-
2013
- 2013-09-27 CN CN201320605333.8U patent/CN203519484U/zh not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103472001A (zh) * | 2013-09-27 | 2013-12-25 | 山东大学 | 一种调q光纤激光器腔内光声光谱气体检测系统 |
| CN103472001B (zh) * | 2013-09-27 | 2015-12-23 | 山东大学 | 一种调q光纤激光器腔内光声光谱气体检测系统 |
| WO2017153765A1 (en) * | 2016-03-09 | 2017-09-14 | Fraunhofer Uk Research Ltd | Photo-acoustic detector |
| CN109946237A (zh) * | 2019-04-09 | 2019-06-28 | 山东大学 | 一种光强增强型光声光谱气体检测系统 |
| CN113155741A (zh) * | 2020-01-22 | 2021-07-23 | 中国海洋大学 | 一种石英音叉自调自检的波长扫描调q光声光谱气体检测系统及其应用 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103472002B (zh) | 一种光纤激光器腔内光声光谱气体检测系统 | |
| CN103472001B (zh) | 一种调q光纤激光器腔内光声光谱气体检测系统 | |
| CN102305771B (zh) | 多波段混叠式内腔气体传感系统及传感方法 | |
| CN203519484U (zh) | 一种调q光纤激光器腔内光声光谱气体检测系统 | |
| CN112304872B (zh) | 一种音叉声热一体增强型痕量气体检测系统及其检测方法 | |
| CN107677610B (zh) | 一种悬臂梁与光声池双共振增强型光声光谱检测系统及方法 | |
| CN102628797B (zh) | 基于激光注入锁模技术的有源腔气体检测系统 | |
| CN203519485U (zh) | 一种光纤激光器腔内光声光谱气体检测系统 | |
| CN104849257A (zh) | 基于小型紫外扫频激光的共振拉曼光谱探测系统及方法 | |
| CN101132103A (zh) | 基于法布里-波罗谐振腔的单纵模光纤激光器 | |
| CN101887009A (zh) | 基于光学声波传感器的本征安全光声光谱气体监测系统 | |
| CN110870149A (zh) | 激光器件 | |
| CN103335979A (zh) | 基于复合腔光纤激光器的高灵敏度内腔气体检测仪 | |
| CN101975752B (zh) | 一种波长扫描的内腔式气体检测系统和方法 | |
| CN104280345A (zh) | 一种基于可调谐激光器的石英音叉增强型光声光谱分布式光纤气体传感器 | |
| CN108279218A (zh) | 采用掺铒光纤放大器补偿光强的长光程气体检测装置 | |
| CN103438916B (zh) | 基于可饱和吸收光纤的光纤光栅波长解调装置 | |
| CN107991240B (zh) | 一种基于石英音叉谐振原理的多功能光电探测器 | |
| CN110095258B (zh) | 一种有源光纤中稀土离子能级寿命测量装置及测量方法 | |
| CN104880411A (zh) | 一种谐振腔内石英音叉气体检测装置 | |
| CN108226047A (zh) | 基于光纤激光器环形内腔的光声光谱多点气体检测系统 | |
| CN113155741B (zh) | 一种石英音叉自调自检的波长扫描调q光声光谱气体检测系统及其应用 | |
| CN202906186U (zh) | 一种多波长掺铒光子晶体光纤激光器 | |
| CN108512024A (zh) | 可调谐单纵模光纤激光器、气体浓度检测装置及方法 | |
| CN208385830U (zh) | 可调谐单纵模光纤激光器、气体浓度检测装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| AV01 | Patent right actively abandoned |
Granted publication date: 20140402 Effective date of abandoning: 20151223 |
|
| AV01 | Patent right actively abandoned |
Granted publication date: 20140402 Effective date of abandoning: 20151223 |
|
| C25 | Abandonment of patent right or utility model to avoid double patenting |