一种基于光学相位放大的气体检测方法和系统【中国发明】
一、专利名称及专利号
名称：《一种基于光学相位放大的气体检测方法和系统》
专利号：ZL202110926492.7
二、应用领域
本发明涉及气体检测领域，具体是涉及一种基于光学相位放大的气体检测方法和系统。
三、专利说明
1、摘要：
本发明涉及气体检测领域，具体是涉及一种基于光学相位放大的气体检测方法和系统。本发明通过待检测气体吸收加热激光而产生热量，产生的热量能够调制探测激光的相位；探测激光受到的光热相位调制经光学谐振腔放大；对从光学谐振腔出射的探测激光的相位进行测量并分析以获取待检测气体的参数。本发明可以有效地将探测激光受到的微小的光热相位调制进行放大，提高检测的信噪比。本发明可实现体积分数检测下限为万亿分之一量级的痕量气体参数检测，本发明对能够吸收可见光波段、近红外波段以及中红外波段的气体具有普适性。
2、背景：
高灵敏的气体检测技术在环境污染物监测，呼吸气体疾病诊断及原子、分子物理等诸多领域有着广泛的应用。基于吸收光谱技术及其衍生技术的气体检测方法具有气体参数检测灵敏度高和气体种类选择性好等特点。根据比尔‑朗伯定律，当特定波长的入射光通过待检测气体时，气体分子会吸收一部分光功率，使得透射光功率降低。根据气体分子对光功率吸收的强度和特征吸收波长可以确定气体的参数。另外一种技术是基于光吸收引起的光热效应，利用光热干涉仪来检测气体参数。当气体分子吸收入射光功率后会释放热量，改变气体温度。光热干涉仪测量气体温度变化引起的光学相位调制幅度来表征气体参数。利用光学谐振模块来增强光与气体分子之间的相互作用，提高气体检测灵敏度。
基于空芯微纳结构光纤谐振腔增强的光吸收检测技术受限于空芯微纳结构光纤的多模传输特性，系统受模式干涉噪声影响较大，检测灵敏度不高，稳定性不好。基于空芯微纳结构光纤谐振腔理论上也可以提高光热干涉气体检测的灵敏度。该技术将探测激光波长固定在谐振腔透射谱斜率最大处，通过提高对光热相位调制的检测效率来提高气体检测灵敏度。但在谐振腔透射谱斜率最大处，探测激光的相位噪声会转换成强度噪声，增大了检测系统的整体噪声水平，系统检测灵敏度提升有限，不能满足实际应用的需求。
综上所述，现有技术检测气体参数的灵敏度较低。
四、相关文件下载
21-2021109264927-发明专利证书.pdf