專利名稱：基于空芯光子晶體光纖的光纖連接低壓氣室裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光纖傳感和光纖氣體痕量檢測領域，具體講涉及基于空芯光子晶體光纖的光纖連接低壓氣室裝置。
背景技術：
在光譜吸收型光纖氣體檢測技術中，氣室的有效吸收距離是決定系統(tǒng)檢測靈敏度的關鍵參數之一。傳統(tǒng)的氣室一般分為單程氣室和長程氣室。單程氣室通常由一對光纖準直器構成，由于光纖準直器工作距離一般不超過50cm，使得氣體的有效吸收距離很短，因此極大地限制了系統(tǒng)測試靈敏度。另一方面，單程氣室為了提高吸收距離導致氣室體積大，使用起來不夠靈活，不利于工業(yè)中現場活動利用。長程氣室主要有懷特型氣室，Herriott型氣室和直角棱鏡氣室等。長程氣室主要依靠特殊的光路設計使得光線在氣室內多次往復反射，從而增加了氣體的有效光程。長程氣室相比于單程氣室雖然體積小，有效吸收距離長， 但結構較復雜，調試困難，穩(wěn)定性差。另外，由于光在氣室內多次反射，會造成較大的傳輸損
^^ ο空芯光子晶體光纖是一種新型的傳輸光纖，其導光機制與普通的折射率導引型和全內反射型光纖都不同?？招竟庾泳w光纖纖芯為空氣孔結構，包層是有周期排列的空氣柱組成的二維光子晶體結構。該結構能夠支持包層的光子帶隙內某個波長的模式在空氣孔芯區(qū)中傳播，并且可以實現95%以上光被束縛在空氣纖芯中。圖一是丹麥NKT公司商品化生產的兩種1. 5微米波段空心光子晶體光纖截面圖。其中a中心區(qū)域去掉7個薄壁毛細管， 其纖芯空氣孔直徑10微米，傳輸損耗在中心波長1. 55微米可低于0. 03db/m. b是將中心區(qū)域抽去19個石英管制作的光子帶隙光纖，其中心空氣孔直徑為10微米，在1. 57微米處得損耗已經可以降低至0. 02dB/m?？招竟庾泳w光纖獨特的導光機制和很大空芯區(qū)域使得該光纖在研究氣體與光相互作用方面具有很大應用前景。光纖具有一定范圍內可彎曲使用，體積小等優(yōu)點，這為解決光譜吸收型光纖氣體檢測技術中單程氣室體積大靈敏度低，長程氣室結構復雜，穩(wěn)定性差的缺點，采用新型空芯光纖做氣室的全光纖吸收型氣體檢測不失為一種理想途徑。就目前發(fā)展趨勢看，空芯光子晶體光纖在氣體光譜測量，痕量檢測，以及氣體分子非線性光學現象研究上應用十分廣泛。

發(fā)明內容
為克服現有技術的不足，本發(fā)明的目的在于，解決傳統(tǒng)吸收型光纖氣體檢測技術中，單程氣室由于受氣體池長度的限制，導致吸收距離短，探測靈敏度低，長程氣室由于氣室內光學結構復雜，穩(wěn)定性差等缺點。為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是基于空芯光子晶體光纖的光纖連接低壓氣室裝置，由密封氣室和光纖連接光路兩部分構成密封金屬氣室分主體氣室和封蓋兩部分，主體氣室采用直金屬柱掏出圓柱形空芯腔，氣室兩側各加一個光纖連接窗口，光纖連接窗口中塞入密封橡膠塞，封蓋為底面直徑20cm，高Icm的主體同材質金屬薄蓋，封蓋與主體之間加密封橡皮圈，螺絲固定，封蓋上鑲有氣體輸出、輸入氣閥；光纖連接光路由單模光纖-光子晶體光纖-多模光纖連接結構組成，單模光纖跳線和多模光纖跳線經光纖連接窗口橡膠塞穿入主體氣室，空芯光子晶體光纖兩段加有裸光纖適配器并纏繞在主體氣室內，在主體氣室中單模光纖跳線與光子晶體光纖采用陶瓷芯光纖活動鏈接器來連接，光子晶體光纖端面與單模光纖端面之間留出10-20微米空隙，陶瓷芯留有縫隙，可供氣體進入空芯光子晶體光纖端面氣孔；還包括真空泵用于將主體氣室抽真空。主體氣室是用直徑底面20cm高IOcm的金屬柱掏出底面直徑18cm，高9cm的圓柱形空芯腔。本發(fā)明具有如下技術效果采用光子晶體光纖光路的光纖連接低壓氣室，光纖體積小，可環(huán)繞，可以實現十米的有效吸收距離，有利于提光纖氣體檢測技術的檢測度。光纖連接結構簡單，安裝調試容易，適合工業(yè)現場或實驗室現場靈活使用。金屬密封氣室密封性好，耐低壓，可達到小于低于10_3pa低壓條件。


圖1. (a)為HC-1550-02空芯光子晶體光纖端面圖。(b)HC19-1550-01空芯光子晶體光纖感端面。圖2.為基于空芯光子晶體光纖的光纖光路低壓氣室結構圖。其中，1為普通單模光纖，5為普通多模光纖，6為金屬密封氣室，7為氣體輸出(入)口氣閥。圖3.為氣室內光子晶體光纖與普通單模光纖連接示意圖。其中1為普通單模光纖。2為光子晶體光纖。3為陶瓷芯光纖活動連接器。4為裸光纖適配器。
具體實施例方式基于空芯光子晶體光纖的光纖連接低壓氣室。它包括普通1. 55um單模光纖1、 光子晶體光纖2，光纖活動連接器3，裸光纖適配器4，普通1. 55um多模光纖5，密封金屬氣室6氣體輸入(出)氣閥7。光子晶體光纖連接低壓氣室的特點是光子晶體光纖光路取代了傳統(tǒng)氣室?guī)缀喂饴?，由于光纖可以環(huán)繞，可以克服傳統(tǒng)單程氣室受工作距離限制，導致氣體檢測靈敏度受限制的缺點.與長程氣室相比，光纖光路比幾何具有抗干擾能力強，傳輸損耗小，工作穩(wěn)定性好等優(yōu)點，可以克服傳統(tǒng)長程氣室結構復雜，調試困難，穩(wěn)定性差的缺點.光纖連接氣室可活動連接或熔接到光纖氣體檢測光路中，激光由單模光纖2接入氣室，在氣室內與光子晶體光纖活動鏈接，傳過光子晶體光纖后在氣室內耦合進入多模光纖， 再由多模光纖輸出氣室。密封氣室采用金屬材質，采用圓柱幾何設計，直徑為10cm-20cm，高度為15cm，密封氣室蓋附有氣體輸出(入)氣閥，密封氣室附有光纖連接口。待測氣體經氣體輸出(入)閥充入密封氣室，經光子晶體光纖兩端氣孔進入光子晶體光纖中心空氣孔。下面結合附圖和實施例進一步詳細說明本發(fā)明。整個光子晶體光纖光路光纖連接氣室由密封氣室和光纖連接光路兩部分構成如圖2:密封金屬氣室分主體氣室和封蓋兩部分。主體氣室采用整塊金屬掏空技術，用直徑底面20cm高IOcm的金屬柱掏出底面直徑18cm，高9cm的圓柱形空芯腔，這樣可以保證氣室的氣密性。氣室兩側各加一個光纖連接窗口，光纖連接窗口中塞入密封橡膠塞，以保證密封其實的氣密性。封蓋為底面直徑20cm，高Icm的主體同材質金屬薄蓋。封蓋與主體之間加密封橡皮圈，螺絲固定。封蓋上鑲有氣體輸出(入)氣閥。光纖連接光路由單模光纖-光子晶體光纖-多模光纖連接結構組成。單模光纖跳線和多模光纖跳線經光纖連接窗口橡膠塞穿入密封氣室。空芯光子晶體光纖兩段加有裸光纖適配器并纏繞在密封氣室內。在密封氣室中單模光纖跳線與光子晶體光纖采用陶瓷芯光纖活動鏈接器來連接(圖幻。光子晶體光纖端面與單模光纖端面之間留出10-20微米空隙。陶瓷芯留有縫隙，可供氣體進入空芯光子晶體光纖端面氣孔。整個單模光纖-空芯光子晶體光纖-多模光纖連接結構的連接損耗小于4dB.使用時，首先將真空泵與氣室出(入)口氣閥連接，將密封氣室抽真空后，關閉氣閥，移走真空泵。然后將待測氣體樣品由氣體輸出(入)口氣閥注入密封氣室。再連接真空泵，將氣室抽到所需低壓。最后將光子晶體光纖光纖連接氣室接入光纖氣體檢測系統(tǒng)中。
權利要求
1.一種基于空芯光子晶體光纖的光纖連接低壓氣室裝置，其特征是，由密封氣室和光纖連接光路兩部分構成密封金屬氣室分主體氣室和封蓋兩部分，主體氣室采用直金屬柱掏出圓柱形空芯腔， 氣室兩側各加一個光纖連接窗口，光纖連接窗口中塞入密封橡膠塞，封蓋為底面直徑20cm， 高Icm的主體同材質金屬薄蓋，封蓋與主體之間加密封橡皮圈，螺絲固定，封蓋上鑲有氣體輸出、輸入氣閥；光纖連接光路由單模光纖-光子晶體光纖-多模光纖連接結構組成，單模光纖跳線和多模光纖跳線經光纖連接窗口橡膠塞穿入主體氣室，空芯光子晶體光纖兩段加有裸光纖適配器并纏繞在主體氣室內，在主體氣室中單模光纖跳線與光子晶體光纖采用陶瓷芯光纖活動鏈接器來連接，光子晶體光纖端面與單模光纖端面之間留出10-20微米空隙，陶瓷芯留有縫隙，可供氣體進入空芯光子晶體光纖端面氣孔；還包括真空泵用于將主體氣室抽真空。
2.如權利要求1所述的裝置，其特征是，主體氣室是用直徑底面20cm高IOcm的金屬柱掏出底面直徑18cm，高9cm的圓柱形空芯腔。
全文摘要
本發(fā)明涉及光纖傳感和光纖氣體痕量檢測領域。為解決傳統(tǒng)吸收型光纖氣體檢測技術中，單程氣室由于受氣體池長度的限制，導致吸收距離短，探測靈敏度低，長程氣室由于氣室內光學結構復雜，穩(wěn)定性差等缺點，本發(fā)明采用的技術方案是基于空芯光子晶體光纖的光纖連接低壓氣室裝置，由密封氣室和光纖連接光路兩部分構成密封金屬氣室分主體氣室和封蓋兩部分，主體氣室采用直金屬柱掏出圓柱形空芯腔；光纖連接光路由單模光纖-光子晶體光纖-多模光纖連接結構組成；還包括真空泵用于將主體氣室抽真空。本發(fā)明主要應用于光纖氣體痕量檢測。
文檔編號G01N21/01GK102279154SQ20111017053
公開日2011年12月14日 申請日期2011年6月23日 優(yōu)先權日2011年6月23日
發(fā)明者姚建銓, 景磊, 李敬輝, 溫午麒, 陸穎, 黃曉慧 申請人:天津大學