采用参考腔主动反馈补偿的光纤激光器气体检测系统
阅读：972发布：2024-02-22
专利汇可以提供采用参考腔主动反馈补偿的光纤激光器气体检测系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供了一种采用参考腔主动反馈补偿的光纤 激光器 气体检测系统,包括由依次连接的激光 二极管 泵 浦源、波分复用器、有源光纤和布拉格光纤光栅构成的光纤激光器；与波分复用器耦合连接的光隔离器； 耦合器 ，用于将经光隔离器隔离后的激光按照一定的功率比例分配为参考光束、测量光束和强度检测光束；参考气室，通入与待测气体成分一致且浓度已知的参考气体并接收参考光束；检测气室，通入待测气体并接收测量光束；第一、第二和第三光电检测器，分别接收经过参考气室的参考光束、经过检测气室的检测光束和强度检测光束，生成第一、第二和第三光强度 信号 ；反馈控制单元，比较第一、第二和第三光强度信号，反馈调节所述泵浦源和布拉格光纤光栅。，下面是采用参考腔主动反馈补偿的光纤激光器气体检测系统专利的具体信息内容。
1.一种采用参考腔主动反馈补偿的光纤激光器气体检测系统,所述系统包括由依次连接的激光二极管泵浦源、波分复用器、有源光纤和布拉格光纤光栅构成的光纤激光器；
与所述波分复用器耦合连接的光隔离器，所述光隔离器用于避免逆向光在所述有源光纤中的传输；
连接所述光隔离器的耦合器，所述耦合器用于将经所述光隔离器隔离后的激光按照一定的功率比例分配为参考光束、测量光束和强度检测光束；
参考气室，通入与待测气体成分一致且浓度已知的参考气体，并接收来自耦合器分配的参考光束并使其通过参考气体；
检测气室，通入待测气体，并接收来自耦合器分配的测量光束并使其通过待测气体；
第一光电检测器，连接至所述参考气室，接收经过参考气室的参考光束，生成第一光强度信号；
第二光电检测器，连接至所述检测气室，接收经过检测气室的检测光束，生成第二光强度信号；
第三光电检测器，连接至所述耦合器，接收所述强度检测光束，生成第三光强度信号；
反馈控制单元，接收所述第一光强度信号、第二光强度信号和第三光强度信号并进行比较，并将比较结果转换为反馈信号调节所述泵浦源和布拉格光纤光栅；
所述气体检测系统还包括球面透镜，用于分别将参考光束和检测光束耦合进入参考气室和检测气室并耦合出射。
2.如权利要求1所述的气体检测系统，其中所述参考光束、测量光束和强度检测光束的功率之比为1:1:1。
3.如权利要求1所述的气体检测系统，其中反馈控制单元的反馈控制方法包括如下步骤：
a)判断所述光纤激光器的输出是否稳定，若不稳定，输出第一反馈控制信号调节所述泵浦源的功率输出直至稳定；
b)判断所述光纤激光器输出的信号模式的波长范围是否覆盖待测气体的特征谱线，若不覆盖，则输出第二反馈控制信号调节所述布拉格光纤光栅的反射率直至覆盖；
c)比较所述第一光强度信号和第二光强度信号的信号强度，得到待测气体与参考气体的浓度大小关系。
4.如权利要求3所述的气体检测系统，其中所述步骤b)中通过比较所述第一或第二光强度信号的信号强度值是否显著小于第三光强度信号的信号强度来判断是否覆盖。
5.如权利要求3所述的气体检测系统，其中还包括贴附在所述布拉格光纤光栅上的激光器控制单元，通过所述第二反馈控制信号来控制所述激光器控制单元的形变从而改变所述激光器的谐振腔腔长。
6.如权利要求5所述的气体检测系统，其中所述激光器控制单元采用PZT压电陶瓷或TE温控单元来实现。
7.如权利要求5所述的气体检测系统，所述波分复用器是1×2的波分复用器。
8.如权利要求1所述的气体检测系统，其中所述有源光纤为掺铒光纤、掺镱光纤、或铒镱共掺光纤。
9.如权利要求1所述的气体检测系统，其中所述检测气室包括用于在测量前通入待检测气体的气体入口和排出气体的气体出口。
采用参考腔主动反馈补偿的光纤激光器气体检测系统
技术领域
[0001] 本发明涉及光纤激光器领域，特别涉及一种用于实现气体浓度测量的、采用参考腔主动反馈补偿的分布反馈光纤激光器气体检测系统和方法。
背景技术
[0002] 激光由于其高单色性（窄谱线）、高亮度和高方向性等独特的优越性而在现代光谱学中占有重要地位，发展成为新的激光光谱技术学科，已在现代农业及环境学、生物及医疗学、物理、化学及材料学和天体物理学等各种研究和工业过程监测中起到了重大应用价值。
[0003] 激光用于气体检测在环境检测和分析以及各种工业过程控制等方面具有重要应用价值。很多气体都有其特征谱线，因此利用激光窄线宽的特点可以检测某些特定的气体的含量。激光用于气体检测常用的方法之一就是把激光的发射波长调节或锁定在气体的特征吸收谱线上，让激光通过该气体腔，通过测量该激光通过气体腔后的衰减而测定该气体的含量。这种测试方法具有原理直观，结构简单的优点，然而由于一般光源的谱线宽度较宽，而某些气体的吸收谱线非常窄，因而经过气室后引起的光功率变化不明显，导致测量灵敏度不会很高，受到一定的限制，尤其是对微含量的气体检测比较困难。
[0004] 传统的差分吸收法是基于共光路的二束光通过同一被测气体腔。其中一路激光的输出波长λ1与气体的特征吸收谱线相同。而相邻的另一激光输出波长λ2选择靠近被测气体的吸收谱线，但不在其吸收谱线上，用于作为参考光以消除光路中光强的不稳定性。但这种测量方案并不能消除由于检测光λ1的波长不稳定带来的测量误差，而这种误差在实际测量中是不可忽略的。因此，在现有技术中对差分吸收法进行了改进，常用的改进方法均是通过对激光器λ1实现稳定电流和稳定温度来实现其稳定波长，但这种方法是被动式的调节的，不能严格消除λ1的波动，因此改进的效果并不理想。
[0005] 光纤激光器是近年来迅速发展的新型激光器。光纤激光器由于采用光纤波导作为增益介质，光纤光栅作为反馈镜形成集成化光纤谐振腔，使得它具有结构紧凑小巧、激光线宽窄、光束质量高、激光系统可靠性高、稳定性好、免维修等独特的优越性，已对激光行业产生了巨大的冲击。基于光纤激光器开发现代光谱组成测试分析系统不仅将对激光光谱学发展具有重要意义而且使得光纤激光光谱分析系统更加便携化，方便于现场机动使用。
[0006] 因此，能否利用光纤激光器的结构紧凑、可发射窄谱线激光输出等一系列独特的优越性来应用于气体浓度检测领域，是本领域亟待解决的技术问题。由此使得需要一种能利用光纤激光器的优点实现气体浓度测量的方法，同时兼具高灵敏高精度的气体检测方法和系统。
发明内容
[0007] 本发明的目的在于提供一种采用参考腔主动反馈补偿的光纤激光器气体检测系统,所述系统包括由依次连接的激光二极管泵浦源、波分复用器、有源光纤和布拉格光纤光栅构成的光纤激光器；与所述波分复用器耦合连接的光隔离器，所述光隔离器用于避免逆向光在所述有源光纤中的传输；连接所述光隔离器的耦合器，所述耦合器用于将经所述光隔离器隔离后的激光按照一定的功率比例分配为参考光束、测量光束和强度检测光束；参考气室，通入与待测气体成分一致且浓度已知的参考气体，并接收来自耦合器分配的参考光束并使其通过参考气体；检测气室，通入待测气体，并接收来自耦合器分配的测量光束并使其通过待测气体；第一光电检测器，连接至所述参考气室，接收经过参考气室的参考光束，生成第一光强度信号；第二光电检测器，连接至所述检测气室，接收经过检测气室的检测光束，生成第二光强度信号；第三光电检测器，连接至所述耦合器，接收所述强度检测光束，生成第三光强度信号；反馈控制单元，接收所述第一光强度信号、第二光强度信号和第三光强度信号并进行比较，并将比较结果转换为反馈信号调节所述泵浦源和布拉格光纤光栅。
[0008] 优选地，所述参考光束、测量光束和强度检测光束的功率之比为1:1:1。
[0009] 优选地，所述反馈控制单元的反馈控制方法包括如下步骤：a）判断所述光纤激光器的输出是否稳定，若不稳定，输出第一反馈控制信号调节所述泵浦源的功率输出直至稳定；b）判断所述光纤激光器输出的信号模式的波长范围是否覆盖待测气体的特征谱线，若不覆盖，则输出第二反馈控制信号调节所述布拉格光纤光栅的反射率直至覆盖；c）比较所述第一光强度信号和第二光强度信号的信号强度，得到待测气体与参考气体的浓度大小关系。
[0010] 优选地，所述步骤b）中通过比较所述第一或第二光强度信号的信号强度值是否显著小于第三光强度信号的信号强度来判断是否覆盖。
[0011] 优选地，还包括贴附在所述布拉格光纤光栅上的激光器控制单元，通过所述第二反馈控制信号来控制所述激光器控制单元的形变从而改变所述激光器的谐振腔腔长。
[0012] 优选地，所述激光器控制单元采用PZT压电陶瓷或TE温控单元来实现。
[0013] 优选地，所述波分复用器是1×2的波分复用器。
[0014] 优选地，还包括球面透镜，用于分别将参考光束和检测光束耦合进入参考气室和检测气室并耦合出射。
[0015] 优选地，所述有源光纤为掺铒光纤、掺镱光纤、或铒镱共掺光纤。
[0016] 优选地，所述检测气室包括用于在测量前通入待检测气体的气体入口和排出气体的气体出口。
[0017] 根据本发明的气体检测系统可以利用光纤激光器的结构紧凑、可发射窄谱线激光输出的独特优越性来应用于气体浓度检测领域，同时利用了反馈调节实现了高灵敏高精度的气体检测方法。该方法和系统不仅仅局限于对气体含量的高灵敏度检测，也可容易地推广到对其它物质材料的高灵敏度检测和材料分析中。
[0019] 参考随附的附图，本发明更多的目的、功能和优点将通过本发明实施方式的如下描述得以阐明，其中：
[0020] 图1示意性示出根据本发明的基于分布反馈式光纤激光器的气体检测系统的结构示意图；
[0021] 图2示意性示出根据本发明的反馈控制单元的反馈控制方法的流程图；
[0022] 图3示出了本发明的反馈调节激光器输出波长漂移的反馈的原理示意图。
具体实施方式
[0023] 在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。
[0024] 通过参考示范性实施例，本发明的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本发明并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。
[0025] 针对本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
[0026] 本发明提供了一种基于分布反馈式（Distributed Feed Back,DFB）光纤激光器的气体检测系统，其特征是使用半导体激光器作为DFB光纤激光器的泵浦源，发出特定波长的激光，采用波分复用器（Wavelength Division Multiplexer,WDM）将激光耦合进入耦合器，耦合器将输入光分为三束后分别进入参考气室和测量气室进行差分对比，另一路光作为DFB激光器强度检测。结合光电探测器接收透射光束，通过对接收信号进行分析和处理，对DFB光纤激光器实现反馈控制。该系统消除了光强波动和外界干扰对测量所造成的干扰，实现了对被检测气体的精确测量。根据本发明的气体检测系统特别适合于某些特定场合的微量气体含量的阈值检测，从而实现气体安全报警。
[0027] 本发明充分利用光纤激光器的结构紧凑，可发射多个窄谱线激光输出等一系列独特的优越性，采用分布反馈式（DFB）半导体激光器，它是具有优良选频特性的单纵模半导体激光器（Laser Diode），DFB-LD光源可以单纵模运行,输出激光谱线窄,且线宽可达几十千赫兹，并且可以通过调节激光器的驱动电流或温度使激光的工作波长精确地对准被测气体的特征吸收峰,从而获得很高的测量精度。
[0028] 常用的光谱吸收检测满足比尔-朗伯定律:
[0029] I(λ)=I0(λ)exp[-α(λ)CL] （1）
[0030] 其中，I为光通过被检测介质后的透射光强，I0为输入到被测介质的光强，α为摩尔分子吸收系数，C是被测介质的浓度，L为被测气体吸收路径的长度。一般已知入射光的光强I0，该被测气体在其特征谱线的吸收系数α，以及用于对被测气体进行测量的气体采样腔的长度L，则通过测量该特定波长的激光通过气体吸收腔后的光信号衰减就可以测量出该气体的浓度C。
[0031] 而一般光在传输光路中都会有各种干扰因素，如光路振动、激光输出波长的不稳定等各种因素。都会严重干扰实际测量结果，考虑到这些因素的影响，光谱吸收检测的原理可修正为：
[0032] I(λ)=I0(λ)K(λ)exp[-α(λ)CL+β(λ)] （2）
[0033] 其中K(λ)为光源和光源传输路径的波动，β(λ)为由于激光光谱波动而引起的测量不确定性，因而采用通常的吸收法测量气体浓度就是如何有效减少K(λ)和β(λ)对测量的影响。
[0034] 图1示出了根据本发明的基于分布反馈式光纤激光器的气体检测系统。根据本发明的气体检测系统100包括由依次连接的激光二极管泵浦源101、波分复用器102、有源光纤103和布拉格光纤光栅104构成的光纤激光器、与波分复用器102耦合连接的光隔离器105、连接光隔离器105的耦合器106，耦合器106连接有参考气室107、检测气室108以及用于检测光信号强度的第三光电检测器111，参考气室107和检测气室108的另一端各自分别连接有第一光电检测器109和第二光电检测器110，用于分别检测经过各个气室后的光信号强度。
第一光电检测器109、第二光电检测器110和第三光电检测器111的输出端连接至反馈控制单元112，经过反馈调节控制后输入到激光器控制单元113对激光器进行反馈控制。
第一光电检测器109、第二光电检测器110和第三光电检测器111的输出端连接至反馈控制单元112，经过反馈调节控制后输入到激光器控制单元113对激光器进行反馈控制。
[0035] 泵浦源101发出泵浦光通过波分复用器102（WDM）耦合进入有源光纤103，结合直接在有源光纤103上写入的布拉格光纤光栅104构成谐振腔，从而构成DFB光纤激光器。波分复用器102优选是1×2的波分复用器，即允许两路不同波长的光在同一光纤中传输。
[0036] 可以调节布拉格光纤光栅104的参数获得指定波长的输出激光。激光器要求单纵摸输出，输出线宽越窄。激光器的输出线宽与气体的吸收特征谱线的重合度越好，测量气体浓度的精度越高。有源光纤103可以选用较短长度（例如在厘米数量级），优选掺杂有稀土元素并具有较高的掺杂浓度（例如铒镱共掺，峰值吸收在40±10dB/m@1535nm），以降低系统的泵浦阈值。布拉格光纤光栅104具有较高的反射率（针对特定波长的反射率在90%以上）以减少激光输出纵模个数，其反射中心波长决定激光器输出激光的中心波长。激光二极管泵浦源101根据有源光纤103掺杂稀土的吸收谱线来确定。根据本发明的实施方式的波分复用器102和布拉格光纤光栅104的参数选择均需要同泵浦波长、激光器出射波长、有源光纤参数匹配，具体的参数如表1所示。
[0037]
[0038] 表1根据本发明的短腔光纤激光器参数
[0039] 根据本发明，光纤的芯径由所采用的有源光纤决定，包层芯径优选为125μm，光纤纤芯的芯径可以选用4μm、8μm或10μm，优选为10/125μm。根据所选定的芯径选取匹配的FLM、WDM、LD尾纤芯径。掺铒光纤所匹配的泵浦波长可采用980nm或1480nm，掺镱光纤的泵浦波长可采用976nm或915nm，铒镱共掺光纤的泵浦波长可采用976nm，根据波长和芯径参数进一步确定FLM、WDM的参数。最终出射的激光波长在有源光纤一定增益范围内（如1530-1560nm）由布拉格光纤光栅的反射波长确定。掺镱光纤的典型出射波长为1535nm，掺铒光纤的典型出射波长为1064nm，铒镱共掺光纤的典型出射波长为1550nm。
[0040] 例如，在本实施例中，若选用芯径为10/125μm掺铒光纤作为增益介质，LD尾纤、WDM和FLM需选取同样型号芯径。LD输出波长976nm，WDM工作波长976/1550nm，FLM工作波长1550nm，FBG选取范围为1530nm-1560nm，可在该范围内获得激光输出。实验中若选用芯径为
10/125μm掺镱光纤作为增益介质，LD尾纤、WDM和FLM需选取同样型号芯径。LD为915nm单模输出，WDM工作波长915/1064nm，FLM工作波长1064nm，FBG选取1064nm附近，可在该范围内获得激光输出。通过直接在有源光纤103上制成布拉格光纤光栅104以形成DFB光纤激光器，同时确保其激光输出波长与气体的特征吸收谱线相同。
10/125μm掺镱光纤作为增益介质，LD尾纤、WDM和FLM需选取同样型号芯径。LD为915nm单模输出，WDM工作波长915/1064nm，FLM工作波长1064nm，FBG选取1064nm附近，可在该范围内获得激光输出。通过直接在有源光纤103上制成布拉格光纤光栅104以形成DFB光纤激光器，同时确保其激光输出波长与气体的特征吸收谱线相同。
[0041] 根据本发明构造的光纤激光器输出的激光通过波分复用器102耦合进入光隔离器105。光隔离器105的作用是避免由于逆向光在光纤中的传输，从而影响气体检测系统100的出光效果。光隔离器105的工作波长和隔离度根据所发射的第一波长和第二波长的大小来进行选取。根据本发明的一个优选实施例，光隔离器105的工作波长为1550nm，隔离度40dB。
经光隔离器105隔离后的激光经过尾纤为1×3的耦合器106后按照一定的功率分光比例分为三束光，即参考光束、测量光束和强度检测光束。根据本发明的一个优选实施例，耦合器
106的工作波长为1550nm，带宽为40nm，其分光比可按需要来选择。由于要求经过参考气室
107和检测气室108的光束是一致的，因此要求经过这两个气室的光束功率是一致的。根据本发明，优选的输出激光功率分配比例为三等分，即参考光束:测量光束:强度检测光束（即分别为图中所示光束A、B和C）的功率之比为1:1:1。
经光隔离器105隔离后的激光经过尾纤为1×3的耦合器106后按照一定的功率分光比例分为三束光，即参考光束、测量光束和强度检测光束。根据本发明的一个优选实施例，耦合器
106的工作波长为1550nm，带宽为40nm，其分光比可按需要来选择。由于要求经过参考气室
107和检测气室108的光束是一致的，因此要求经过这两个气室的光束功率是一致的。根据本发明，优选的输出激光功率分配比例为三等分，即参考光束:测量光束:强度检测光束（即分别为图中所示光束A、B和C）的功率之比为1:1:1。
[0042] 然后，利用球面透镜107a和108a分别将其中两束光耦合进入参考气室107和检测气室108。然后再分别经过球面透镜107b和108b耦合出射。检测气室108用来通入待检测的气体，检测气室108包括用于在测量前通入待检测气体的气体入口108c和排出气体的气体出口108d。在测量的过程中，封闭出气体入口108c和气体出口108d，系统进行静态测量。参考气室107用来判断激光器输出激光的稳定性。参考气室107通入的参考气体是其气体成分与待测气体成分一致，且其浓度已知的气体，并在测量时将参考气室107完全密封。
[0043] 第一光电检测器109、第二光电检测器110和第三光电检测器111用于检测输出的光强度信号，其中第一光电检测器109用于检测光纤激光器输出的激光经过参考气室107后透射输出的光信号强度，以作为参考信号，即第一光强度信号。第二光电检测器110用于检测光纤激光器输出的激光经过检测气室108后透射输出的光信号强度，以作为光强度检测信号，即第二光强度信号。第三光电检测器111用于检测光纤激光器输出的光信号强度，即第三光强度信号。该第三光强度信号可以用于检测激光器本身是否正常工作，以及检测输出的波长是否落在气体吸收谱线上。输出的光强度可以通过功率计或光谱仪来检测。三路光强度信号输入到反馈控制单元112进行后续的控制操作。光电检测器优选使用光电二极管来实现，光电检测器的工作波长应覆盖光纤激光器的输出波长。根据本发明的一个优选实施例，光电检测器的工作波长为800-1700nm，带宽为1.2GHz,上升时间<1.0ns。
[0044] 反馈控制单元112用于接收第一光电检测器109、第二光电检测器110和第三光电检测器111输出的光强度信号，通过对光强度信号进行比较和计算来输出反馈控制调节信号给激光器的激光器控制单元113，用于实现反馈控制。反馈控制单元112可以用单片机、集成电路、专用电路或计算机来实现，其控制方法将在下文详述。
[0045] 激光器控制单元113优选可以采用PZT压电陶瓷或TE温控单元等能够将电信号转化为物理形变的材料来实现，用于在反馈控制单元112输出的反馈信号控制下，通过材料的形变来改变激光器的谐振腔腔长，从而精确控制激光输出波长。根据本发明的一个实施例，激光器控制单元113可以制作为片状或板状贴附在布拉格光纤光栅104上。当反馈控制单元112发出控制信号时，可以改变激光器控制单元113的材料物理属性从而改变激光器的谐振腔腔长。例如，当激光器控制单元113实现为压电陶瓷时，反馈控制信号使得激光器控制单元113发生形变，从而导致其贴附的布拉格光纤光栅104发送形变，从而改变激光器的腔长，改变激光输出波长，使得输出波长发生漂移。
[0046] 图2示出了根据本发明的反馈控制单元112的反馈控制方法的流程图。
[0047] 在步骤201，读取经第一光电检测器109输出的第一光强度信号、经第二光电检测器110输出的第二光强度信号和经第三光电检测器111输出的第三光强度信号。第一光强度信号反应了光纤激光器输出的激光经过参考气室107后透射输出的光信号强度，作为参考信号，第二光强度信号反应了光纤激光器输出的激光经过通入待测气体的检测气室108后透射输出的光信号强度，第三光强度信号反应了光纤激光器本身输出的光信号强度。
[0048] 为了得到精确的测量结果，需要得到稳定且准确的第一和第二光强度信号，因此，首先需要在步骤202判断光纤激光器的输出是否是稳定的。稳定的激光输出通常反映为输出信号产生阶跃的强度信号。在系统刚开始工作时，为了保护系统的需要，通常将泵浦源调节至较小的功率输出，随着泵浦源的输出功率增大，逐渐达到激光器工作阈值，得到稳定的激光输出。当在步骤202判断出激光输出尚不稳定时，进入步骤203，由反馈控制单元112输出第一反馈控制信号来调节泵浦源的功率输出，例如调节用于逐渐增大泵浦源的输出功率。重复步骤202直至激光器的输出达到稳定，即实现阶跃的输出信号，达到测量所需要的强度。
[0049] 接着进入步骤204，判断此时光纤激光器输出的信号模式的波长范围是否覆盖待测气体的特征谱线。图3示出了根据本发明的反馈调节激光器的输出波长漂移的原理示意图。如图3所示，待测气体的吸收谱线的中心波长为λG，激光器输出模式的中心波长为λL,若能够通过气体吸收激光的方式来进行待测气体浓度的检测，需要调节激光器的输出使得激光器输出的中心波长进行漂移，直到完全覆盖待测气体的吸收谱线的中心波长。理想状况下，当λG和λL基本重合时，测量效果达到最佳，即激光器输出的激光完全被参考气体和待测气体吸收，激光在经过参考气室和检测气室后强度显著降低。
[0050] 激光器输出的信号模式是否覆盖待测气体的特征谱线可以通过比较第一或第二光强度信号与未经过气体吸收的第三光强度信号的强度大小来得到。若激光器输出的信号的中心波长与待测气体的特征谱线中心波长基本重合，则激光被完全吸收，第一或第二光强度信号的信号强度值则会显著小于未经过气体吸收的第三光强度信号。若波长不重合导致未被吸收，则第一或第二光强度信号的强度值应与第三光强度信号基本相同，第一或第二光强度信号经过气室发生的衰减可忽略不计。激光被吸收后相较于未被吸收的光强度衰减的幅度取决于所测量的气体浓度和吸收谱线的不同。
[0051] 当比较信号强度发现激光器输出的信号的中心波长未与待测气体的特征谱线中心波长重合时，进入步骤205，由反馈控制单元112输出第二反馈控制信号到激光器控制单元113，从而控制布拉格光栅104的反射率，使激光器控制单元113发生形变来改变激光器的谐振腔腔长，从而精确控制激光输出波长进行漂移，直到移动到与待测气体的特征吸收谱线的中心波长基本重合。例如，当激光器控制单元113制作为压电陶瓷材料的片状或板状贴片时，反馈控制信号控制激光器控制单元113发生形变，从而导致其贴附的布拉格光纤光栅104发生形变，从而改变激光器的腔长，改变激光输出波长，使得输出波长发生漂移。然后，进入步骤206。
[0052] 在步骤206，比较第一光强度信号和第二光强度信号的信号强度，其强度大小差异即反应了待测气体与参考气体的浓度大小的比较结果。例如，若第二光强度信号的强度值大于第一光强度信号的信号强度值，则待测气室108内的待测气体浓度大于参考气室107内的气体浓度。优选地，可以将比较结果输出至报警装置，在达到报警阈值时触发报警信号。
[0053] 根据本发明的气体检测系统可以根据所检测气体类型和浓度选择不同的元器件参数进行匹配。例如，将本发明的气体检测系统应用于某工业场所的甲烷含量检测。在该工业场所中，要求甲烷气体的含量不能高于4%,否则会引起爆炸。在使用根据本发明的气体检测系统时，将参考气室充入甲烷含量为4%的参考气体，选择激光器各个部件使得激光器的输出波长范围可以覆盖甲烷的吸收特征谱线的中心波长。然后，将该气体检测系统置于待测的环境中，打开检测气室的气体入口，通入一定量的待测气体样品，然后关闭检测气室的气体入口和气体出口。打开气体检测系统中的激光器，使激光器输出的激光分别通过参考气室、检测气室，测量激光器的输出。再通过调节泵浦源的功率和布拉格光栅的反射率最终达到稳定且覆盖甲烷气体吸收谱线的激光输出，通过比较通过参考气室和检测气室的激光的光强度大小，即可判断此场所中的甲烷气体浓度是否超过阈值的含量,如超出则立即触发报警系统。
[0054] 根据本发明的气体检测系统可以利用光纤激光器的结构紧凑、可发射窄谱线激光输出的独特优越性来应用于气体浓度检测领域，同时利用了反馈调节实现了高灵敏高精度的气体检测方法。该方法和系统不仅仅局限于对气体含量的高灵敏度检测，也可容易地推广到对其它物质材料的高灵敏度检测和材料分析中。
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