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专利号: 2017111214953
申请人: 陈志忠
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2023-06-28
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种气体折射率的测量方法,其特征在于:通过在气体测量池中注入待测气体导致马赫曾德干涉仪光程差的改变,从而改变光电振荡器输出的微波信号的中心频率,根据微波信号中心频率的变化量来得到待测气体的折射率,宽谱光源经过马赫曾德干涉仪后,将发生干涉,干涉条纹的输出在频域上可表示为:宽谱光源的电场可表示为:

式中ω为光源频率。则光源的光功率谱密度可表示为:T(ω)=|E(ω)|2   (2)

光源经干涉以后,光路1中的气体测量池在注入待测气体前后,由于光路中气体折射率的变化,导致各光谱成份产生了一定的延时,在频域上可表示为:E1(ω)=A1E(ω)ejωΔτ   (3)上式中A1为光路1的幅度衰减系数,Δτ为待测气体相对与测量池中无气体时折射率的变化而引入的延迟量,表示为:式中c为光速,n为待测气体的折射率,d为气体测量池中两个自聚焦透镜之间的距离。

干涉仪的光路2被射频信号调制,被调制后的光在频域上可表示为:上式中A2为光路2的幅度衰减系数,ξ为射频信号的角频率, 为调制的载波和边带之间的相位差。两路光经过干涉仪的第二个耦合器后,输出为:干涉仪的输出经过一段色散光纤延时后,光载波发生了一个时延,该时延线的电场传递函数可表示为:H(ω)=|H(ω)|e-jφ(ω)   (7)φ(ω)为色散光纤延迟引入的相位,根据泰勒级数展开,该相位可表示为:式中,τ(ω0)为中心频率为ω0时的群时延,β为光纤的色散,其单位为ps2/km,β可表示为:式中D(ps/km/nm)为光纤的色散系数,λ0为光源波长。

光电振荡器输出的响应函数可表示为:

HRF(ξ)=∫T(ω)[H*(ω)H(ω+ξ)+H(ω)H*(ω-ξ)]dω   (10)由式(6)——(9)可得响应函数为:

上式中H(ω)为理想的光电振荡器的响应函数,可表示为:H(ξ)=∫T(ω)exp[-jξβL(ω-ω0)]dω(11)由此可知,光电振荡器输出的微波信号的中心频率可表示为:根据式(4)可得,待测气体的折射率为:

由上式可知,根据光电振荡器输出的射频信号的频率,光源的中心波长,气体测量池中两自聚焦透镜之间的距离,色散光纤的色散值和长度就能够得到待测气体的折射率。