一种中红外布拉格光纤及其气体定性定量检测装置

摘要

一种中红外布拉格光纤及其气体定性定量检测装置，属于光学与激光光子技术领域。该中红外布拉格光纤，包括布拉格结构层和布拉格结构层包围形成的空芯区域，布拉格结构层为碲酸盐玻璃层和硫系玻璃层交替间隔层叠排布；以一层硫系玻璃层和一层碲酸盐玻璃层为一组叠层，布拉格结构层至少有三组叠层；所述的中红外布拉格光纤沿轴向设置有两排通孔，每排均布有若干通孔，相对的两排孔中相对应的两个孔均布在光纤圆周上。该光纤能够检测气体中红外吸收峰的位置和强度，并且测量精度高、灵敏度好。测量后无需更换中红外布拉格光纤，也能够实现气体的检测。

权利要求

1.一种中红外布拉格光纤，其特征在于，该中红外布拉格光纤具有硫碲空芯布拉格结构，包括布拉格结构层和布拉格结构层包围形成的空芯区域，布拉格结构层为碲酸盐玻璃层和硫系玻璃层交替间隔层叠排布；其中，根据碲酸盐玻璃层组分和硫系玻璃层组分的折射率大小，由空芯区域向外，第一层为折射率相对较大的玻璃层，第二层为折射率相对较小的玻璃层，按照此排布原则重复数次排布；按厚度比，一层折射率相对较大的玻璃层：一层折射率相对较小的玻璃层＝1:(1-4)；

上述交替间隔层叠排布，以一层硫系玻璃层和一层碲酸盐玻璃层为一组叠层，布拉格结构层至少有三组叠层；

所述的中红外布拉格光纤沿轴向设置有两排通孔，每排均布有若干通孔，相对的两排孔中相对应的两个孔均布在光纤圆周上。

2.根据权利要求1所述的中红外布拉格光纤，其特征在于，所述的交替间隔层叠排布的排布方式，具体为以下两种中的一种：第一种，当碲酸盐玻璃层的折射率<硫系玻璃层的折射率，由空芯区域向外，第一层为硫系玻璃层，第二层为碲酸盐玻璃层，依次类推；按厚度比，一层硫系玻璃层：一层碲酸盐玻璃层＝1:(1-4)；

第二种，当碲酸盐玻璃层的折射率>硫系玻璃层的折射率，由空芯区域向外，第一层为碲酸盐玻璃层，第二层为硫系玻璃层，依次类推；按厚度比，一层碲酸盐玻璃层：一层硫系玻璃层＝1:(1-4)。

3.根据权利要求1所述的中红外布拉格光纤，其特征在于，所述的布拉格结构层用于使感应光在空芯中以低损耗低干扰传输，并能够通过调整碲酸盐玻璃层和硫系玻璃层使折射率差值≥0.5，同时通过调节玻璃层厚度达到控制感应光谱的传输带宽的目的。

4.根据权利要求3所述的中红外布拉格光纤，其特征在于，碲酸盐玻璃层和硫系玻璃层的折射率差值，通过调整碲酸盐玻璃层和硫系玻璃层的组分确定；

感应光谱的传输带宽通过调整碲酸盐玻璃层和硫系玻璃层的叠层厚度进行优化；其感应光谱的传输带宽的损耗通过调整碲酸盐玻璃层和硫系玻璃层的叠层次数进行优化。

5.根据权利要求1所述的中红外布拉格光纤，其特征在于，所述的通孔设置在布拉格结构层，并在光纤中心轴方向，以直线均匀排布。

6.根据权利要求1所述的中红外布拉格光纤，其特征在于，所述的通孔用于使待测气体进入中红外布拉格光纤的空芯区域；所述的通孔通过激光打孔的方式加工得到。

7.根据权利要求1所述的中红外布拉格光纤，其特征在于，所述的硫系玻璃层的组分为As2S5或As2Se3，所述的碲酸盐玻璃层的组分为TeO2·ZnO·PbO·PbF2·Na2O或TeO2·ZnO·Li2·BiO3。

8.一种基于中红外布拉格光纤的气体定性定量检测装置，其特征在于，包括权利要求

1-7所述的中红外布拉格光纤；还包括进光光纤、出光光纤、光源、光谱仪；

在中红外布拉格光纤的一端熔接有进光光纤，在中红外布拉格光纤的另一端熔接有出光光纤的一端；光源设置在进光光纤一端，将出光光纤的另一端和光谱仪连接。

9.根据权利要求8所述的基于中红外布拉格光纤的气体定性定量检测装置，其特征在于，所述的进光光纤为单模光纤，所述的出光光纤为单模光纤。

10.权利要求8所述的基于中红外布拉格光纤的气体定性定量检测装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：降噪

中红外布拉格光纤在空气状态下的吸收光谱；或直接向中红外布拉格光纤中通入氩气，形成氩气环境；

步骤2：定性定量检测

通过在中红外布拉格光纤侧面轴向上设置的通孔，使待测气体进入中红外布拉格光纤的空芯区域，对中红外布拉格光纤内部传输的光进行吸收，得到通入气体状态下的吸收光谱；

步骤3：数据处理

通过通入气体状态下的吸收光谱和在空气状态下的吸收光谱进行对比，得到气体的吸收光谱，或在氩气状态下直接得到气体的吸收光谱；根据气体的吸收光谱中的中红外吸收峰波长不同来检测气体的成分，从而达到定性分析；通过吸收峰的强度，得到气体中成分的含量，达到定量分析。

说明书

一种中红外布拉格光纤及其气体定性定量检测装置

技术领域

[0001] 本发明涉及光学与激光光子技术领域，具体涉及传感光纤及检测装置技术领域，特别涉及一种中红外布拉格光纤及其气体定性定量检测装置。

背景技术

[0002] 随着技术的发展，光纤传感技术已经广泛应用。

[0003] 光纤传感技术包括对待测物质的感知和传输两种功能，感知是外界信号根据其变化规律使光纤传输信号产生变化改变，测量光参量变化来感知待测物质，如：强度、波长、频率等。传输是指光纤将测量待测物质的光波传输到光探测器的过程。

[0004] 其中，在气体监测中最常用的是红外吸收法检测物质成分并根据朗伯比尔定律测定气体浓度。传统的红外吸收法采用石英光纤只能传输近红外激光，而绝大多数气体在中红外光谱区(“指纹”区)具有明显的特征吸收谱，致使石英光纤无法用于中红外气体特征光谱的检测，利用中红外布拉格光纤可以检测气体中红外吸收峰，使得精度与灵敏度大幅度提升。例如甲烷中红外3.3μm处吸收峰强度为1.5μm处的1000倍以上。并且，采用石英光纤测定待测物质时，每一次都可能需要更换传感用光纤，在检测多种物质时还可能进行光纤熔接和切断，这会导致光纤接口出现损耗，使检测结果存在误差。

发明内容

[0005] 针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种中红外布拉格光纤及其气体定性定量检测装置，该中红外布拉格光纤用于气体定性定量检测装置，能够检测中红外吸收峰波长和强度，并且测量精度高、灵敏度好。测量后无需更换中红外布拉格光纤，也能够实现气体的检测。

[0006] 本发明的一种中红外布拉格光纤，具有硫碲空芯布拉格结构，包括布拉格结构层和布拉格结构层包围形成的空芯区域，布拉格结构层为碲酸盐玻璃层和硫系玻璃层交替间隔层叠排布；其中，根据碲酸盐玻璃层组分和硫系玻璃层组分的折射率大小，由空芯区域向外，第一层为折射率相对较大的玻璃层，第二层为折射率相对较小的玻璃层，按照此排布原则重复数次排布；按厚度比，一层折射率相对较大的玻璃层：一层折射率相对较小的玻璃层＝1:(1-4)；

[0007] 具体分为以下两种排布方式：

[0008] 第一种，当碲酸盐玻璃层的折射率<硫系玻璃层的折射率，由空芯区域向外，第一层为硫系玻璃层，第二层为碲酸盐玻璃层，依次类推；按厚度比，一层硫系玻璃层：一层碲酸盐玻璃层＝1:(1-4)；

[0009] 第二种，当碲酸盐玻璃层的折射率>硫系玻璃层的折射率，由空芯区域向外，第一层为碲酸盐玻璃层，第二层为硫系玻璃层，依次类推；按厚度比，一层碲酸盐玻璃层：一层硫系玻璃层＝1:(1-4)；

[0010] 上述交替间隔层叠排布，以一层硫系玻璃层和一层碲酸盐玻璃层为一组叠层，布拉格结构层至少有三组叠层；

[0011] 所述的中红外布拉格光纤沿轴向设置有两排通孔，每排均布有若干通孔，相对的两排孔中相对应的两个孔均布在光纤圆周上。

[0012] 布拉格结构层可使感应光在空芯中以低损耗低干扰传输，能够通过调整碲酸盐玻璃层和硫系玻璃层的折射率差值(大于0.5)和玻璃层厚度达到控制感应光谱的传输带宽(即检测范围)的目的；

[0013] 所述的中红外布拉格光纤，用于传输中红外激光。

[0014] 所述的碲酸盐玻璃层和硫系玻璃层的折射率差值，通过调整碲酸盐玻璃层和硫系玻璃层的组分确定。

[0015] 感应光谱的传输带宽(即检测范围)可通过改变碲酸盐玻璃层和硫系玻璃层的叠层厚度来调整；其感应光谱的传输带宽的损耗可通过调整碲酸盐玻璃层和硫系玻璃层的叠层次数进行优化。

[0016] 所述的通孔设置在布拉格结构层，并在光纤中心轴方向，以直线均匀排布；

[0017] 优选地，所述的通孔用于使得待测物质进入中红外布拉格光纤的空芯区域。

[0018] 优选地，所述的待测物质为混合气体或单一气体。

[0019] 优选地，所述的通孔通过激光打孔的方式加工得到。

[0020] 优选地，所述的硫系玻璃层的组分优选为As2S5或As2Se3，所述的碲酸盐玻璃层的组分优选为TeO2·ZnO·PbO·PbF2·Na2O(TZPPN)或TeO2·ZnO·Li2·BiO3(TZLB)。

[0021] 本发明的一种基于中红外布拉格光纤的气体定性定量检测装置，包括上述中红外布拉格光纤；还包括进光光纤、出光光纤、光源、光谱仪；

[0022] 在中红外布拉格光纤的一端熔接有进光光纤，在中红外布拉格光纤的另一端熔接出光光纤的一端；光源设置在进光光纤一端，将出光光纤的另一端和光谱仪连接。

[0023] 优选地，所述的光谱仪还可以和计算机连接。

[0024] 优选地，所述的进光光纤为单模光纤，所述的出光光纤为单模光纤。

[0025] 本发明中基于红外布拉格光纤的气体定性定量检测装置的使用方法，包括以下步骤：

[0026] 步骤1：降噪

[0027] 中红外布拉格光纤在空气状态下的吸收光谱；或直接向中红外布拉格光纤中通入氩气，形成氩气环境；

[0028] 步骤2：定性定量检测

[0029] 通过在中红外布拉格光纤侧面轴向上的设置的通孔，使待测气体通过通孔进入中红外布拉格光纤的空芯区域，对中红外布拉格光纤内部传输的光进行吸收，得到通入气体状态下的吸收光谱；

[0030] 步骤3：数据处理

[0031] 使用通入气体状态下的吸收光谱和在空气状态下的吸收光谱进行对比，得到气体的吸收光谱，或在氩气状态下直接得到气体的吸收光谱；根据气体的吸收光谱中的红外吸收峰不同来检测气体的成分，从而达到定性分析；通过吸收峰的强度，得到气体中成分的含量，达到定量分析。

[0032] 设计的布拉格结构层中，折射率较高的玻璃层作为硫碲空芯布拉格结构的首层，通过调整玻璃分层的厚度比，改变叠层次数，减少损耗，使感应光在中红外布拉格光纤空芯中低损耗低干扰传输。

[0033] 本发明的一种中红外布拉格光纤及其气体定性定量检测装置，其原理为：利用中红外光谱对物质分子进行的分析和鉴定。将一束连续的中红外光照射到物质的分子上，某些特定波长的中红外光被吸收，形成这一分子的中红外吸收光谱。每种分子都有由其组成和结构决定的独有的中红外吸收光谱，据此可以对分子进行结构分析和鉴定，对待测气体进行定性分析；

[0034] 通过朗伯比尔定律根据中红外光线的衰减来测量测定气体浓度，浓度越大光的衰减越大。

[0035] 本发明的一种中红外布拉格光纤及其气体定性定量检测装置，其相比于现有技术，其有益效果是：

[0036] 可充分利用中红外光谱获得更快更好的测试效果，对单一气体或混合气体进行检测，能够根据使用需求，调整碲酸盐玻璃与硫系玻璃组分和硫碲空芯布拉格结构的分层厚度和叠层的组数可进行传输范围定制，实现低干扰低损耗传输提高测量准确性。在检测气体时，设置的通孔可以提高检测的便携性和速度。

附图说明

[0037] 图1为本发明实施例1提供的As2S5和TZPPN组分的一种中红外布拉格光纤截面示意图；

[0038] 图2为本发明实施例1提供的一种中红外布拉格光纤的侧面示意图；

[0039] 图3为本发明实施例1提供的中红外布拉格光纤气体定性定量检测装置的结构示意图；

[0040] 图4为本发明实施例2检测得到的波长-损耗曲线；

[0041] 图5为本发明实施例4中As2Se3与TZLB组分的一种中红外布拉格光纤的截面示意图；

[0042] 以上图中，1为空芯区域，2为碲酸盐TZPPN玻璃层，3为硫系As2S5玻璃层，4为通孔，5为硫系As2Se3玻璃层，6为碲酸盐TZLB玻璃层；I为光源，II为进光光纤，III为气体定性定量检测用中红外布拉格光纤，IV为出光光纤，V为光谱仪。

具体实施方式

[0043] 为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行描述，显然实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例可以根据不同的激光传输要求来进行布置和设计；

[0044] 因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述，并非旨在限制要求保护的本发明范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有的其他实施例，都属于本发明保护的范围内；

[0045] 应该注意到：相似的符号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为只是或暗示相对重要性。

[0046] 在本发明的描述中，除非有明确的规定和限定，术语“覆盖”、“层叠”“叠层”“选定”“芯”“包层”应做广义理解，例如，可以是完全覆盖、也可以是部分覆盖等等。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0047] 以下实施例中，采用的光源型号为ARCLIGHT-MIR-20，光谱仪为PerkinElmer订制版。

[0048] 实施例1

[0049] 一、一种中红外布拉格光纤，其截面示意图见图1，侧面示意图见图2，所描述的一种中红外布拉格光纤为硫碲空芯布拉格结构的光纤；所述中红外布拉格光纤由碲酸盐TZPPN玻璃层2和硫系As2S5玻璃层3层叠构成的包层区域和所述包层区域围成的空芯区域1；其中，包层区域为布拉格结构层，其第一层为第二层为碲酸盐TZPPN玻璃层2，硫系As2S5玻璃层3，依次类推，以一层碲酸盐玻璃层和一层硫系玻璃层为一组叠层，布拉格结构层有五组叠层。

[0050] 对于所述中红外布拉格光纤侧面上设置两排通孔4，每一个通孔4沿所述中红外布拉格光纤中心轴方向，并在与中心轴平行的直线上均匀排列；两排通孔中相对的两个孔沿中红外布拉格光纤周向均布。

[0051] 具体的，中红外布拉格光纤的包层区域至少包括6层玻璃层，至少3层碲酸盐TZPPN玻璃层和3层硫系As2S5玻璃层，层叠分布。碲酸盐玻璃层和硫系玻璃层的厚度比为1:1至1:4调节，本实施例采用碲酸盐TZPPN玻璃层：硫系As2S5玻璃层＝1:2，厚度的选取可根据折射率和功能需要设计。碲酸盐和硫系具体组分可以根据需要进行选择和调节；本实施例，硫系玻璃层的组分优选为As2S5，碲酸盐玻璃层的组分优选为TeO2·ZnO·PbO·PbF2·Na2O(TZPPN)。

[0052] 用气体定性定量检测用中红外布拉格光纤作为传输光纤，传输带宽可根据需要进行调节，损耗低。与传统石英光纤比，测量范围更大，反应更灵敏，可用于中红外波段，测试结果更准确。传统石英光纤对2μm以上中红外有强吸收作用，而本发明中光纤可传输在中红外波段，因此可以对强吸收峰在中红外区域的气体(甲烷等)或气体进行高效检测。本发明可检测气体。

[0053] 在上述实施例基础上，可通过激光对中红外布拉格光纤进行打孔，得到通孔。

[0054] 二、基于中红外布拉格光纤的气体定性定量检测装置，其结构示意图见图3，包括：光源I、光谱仪V以及上述实施例中所提供的中红外布拉格光纤III。

[0055] 在中红外布拉格光纤III的一端熔接有进光光纤II，在中红外布拉格光纤III的另一端熔接出光光纤IV的一端；光源I设置在进光光纤II一端，将出光光纤IV的另一端和光谱仪V连接。

[0056] 光源I产生宽谱光束，通过进光光纤II经过中红外布拉格光纤III传输，此时待测物质通过中红外布拉格光纤III上的空气通孔4进入中红外布拉格光纤III的空芯区域，传输的宽谱光束经过待测物质吸收后，再经过出光光纤IV后，光束被光谱仪V接收，光谱仪V对收到的光束进行分析，根据吸收光谱确定物质成分，根据朗伯比尔定律最终检测出待测物质量。

[0057] 本实施例采用2.95μm附近传输带，空芯区域半径为30μm，一层碲酸盐TZPPN的厚度3μm，一层硫系As2S5厚度为6μm，重复5组，该中红外布拉格光纤在2.9μm-3.0μm附近形成特定传输带，损耗在10E-6dB/cm以下，该数据带是氰化氢(HCN)中红外强吸收峰区域，可以进行氰化氢检测；

[0058] 本实施例的基于中红外布拉格光纤的气体定性定量检测装置的使用方法，包括以下步骤：

[0059] 步骤1：降噪

[0060] 检测中红外布拉格光纤在空气状态下的吸收光谱；

[0061] 步骤2：定性定量检测

[0062] 通过在中红外布拉格光纤侧面轴向上的设置的通孔，使待测气体通过通孔进入中红外布拉格光纤的空芯区域，对中红外布拉格光纤内部传输的光进行吸收，得到通入气体状态下的吸收光谱；

[0063] 步骤3：数据处理

[0064] 通过通入气体状态下的吸收光谱和在空气状态下的吸收光谱进行对比，得到气体的吸收光谱，根据气体的吸收光谱中的中红外吸收峰不同来检测气体的成分，从而达到定性分析；通过吸收峰的强度，得到气体中成分的含量，达到定量分析。

[0065] 实施例2

[0066] 一、一种中红外布拉格光纤，具有硫碲空芯布拉格结构，包括布拉格结构层和布拉格结构层包围形成的空芯区域，布拉格结构层为碲酸盐玻璃层和硫系玻璃层交替间隔层叠排布；其中，本实施例选用，所述的碲酸盐玻璃层的组分为TeO2·ZnO·PbO·PbF2·Na2O(TZPPN)，硫系玻璃层的组分为As2S5。

[0067] 根据其折射率对比，本实施例设计硫系玻璃层为布拉格结构的第一层；

[0068] 具体的，中红外布拉格光纤的包层区域至少包括6层玻璃层，至少3层碲酸盐玻璃层和3层硫系玻璃层，层叠分布。碲酸盐玻璃层的和硫系玻璃层厚度比为1:1至1:4调节，本实施例采用碲酸盐玻璃层：硫系玻璃层＝1:2，厚度的选取可根据折射率和功能需要设计。碲酸盐和硫系具体组分可以根据需要进行选择和调节；本实施例，碲酸盐玻璃层的组分优选为TeO2·ZnO·PbO·PbF2·Na2O(TZPPN)，硫系玻璃层的组分优选为As2S5。

[0069] 对于所述中红外布拉格光纤侧面上设置两排通孔，每一个通孔沿所述气体定性定量检测用中红外布拉格光纤中心轴方向，并在与中心轴平行的直线上均匀排列；两排通孔中相对的两个孔沿光纤周向均匀分布。

[0070] 通过仿真软件COMSOL进行仿真，根据氰化物的中红外吸收峰为波长2.95μm-3.0μm处，通过调整软件中相关参数，碲酸盐玻璃层和硫系玻璃层的厚度比为1:2，即一层碲酸盐玻璃层：一层硫系玻璃层＝1:2；得出空芯区域半径为30μm，一层碲酸盐TZPPN的厚度3μm，一层硫系As2S5厚度为6μm，重复5组，其中红外激光传输带为2.85-3.0μm，其损耗小于10E-6dB/cm。

[0071] 二、一种基于中红外布拉格光纤的气体定性定量检测装置，对氰化氢进行定性和定量检测，包括上述中红外布拉格光纤；还包括进光光纤、出光光纤、光源、光谱仪；

[0072] 在中红外布拉格光纤的一端熔接有进光光纤，在中红外布拉格光纤的另一端熔接有出光光纤的一端；光源设置在进光光纤一端，在出光光纤的另一端链接和光谱仪连接。

[0073] 首先将氩气通入基于中红外布拉格光纤的气体定性定量检测装置中的中红外布拉格光纤中，排空中红外布拉格光纤中的空气，尽量降低其他气体的干扰，再将氰化氢气体通入中红外布拉格光纤，通过从出光光纤中传输光信号至光谱仪中，对得到的中红外吸收光谱进行分析。

[0074] 通过对比未通气和通气后的光谱图，发现其在2.9μm-3.0μm出现吸收峰(波长-损耗曲线见图4，通过图4知在2.85μm-3.0μm存在低损耗传输带)，证明混合气体中，含有氰化氢，从而对其进行定性，并且根据吸收峰强度及朗伯比尔定律最终检测出待测物质量，进行定量。

[0075] 实施例3

[0076] 一、一种中红外布拉格光纤，所描述的中红外布拉格光纤为硫碲空芯布拉格结构的光纤；所述中红外布拉格光纤由碲酸盐玻璃层和硫系玻璃层层叠构成的包层区域和所述包层区域围成的空芯区域；其中，包层区域为布拉格结构层，其第一层为硫系玻璃层，第二层为碲酸盐玻璃层，依次类推，以一层硫系玻璃层和一层碲酸盐玻璃层为一组叠层，布拉格结构层有五组叠层。

[0077] 对于所述中红外布拉格光纤侧面上设置两排通孔，每一个通孔沿所述中红外布拉格光纤中心轴方向，并在与中心轴平行的直线上均匀排列；两排通孔中相对的两个孔沿中红外布拉格光纤周向均布。

[0078] 具体的，本实施例具有硫碲空芯布拉格结构，包括布拉格结构层和布拉格结构层包围形成的空芯区域，布拉格结构层为碲酸盐玻璃层和硫系玻璃层交替间隔层叠排布；其中，本实施例选用，硫系玻璃层的组分为As2Se3，所述的碲酸盐玻璃层的组分为TeO2·ZnO·Li2·BiO3(TZLB)。

[0079] 本实施例采用2.5-3.2μm附近传输带，空芯区域半径为60μm，一层硫系As2Se3的厚度3μm，一层碲酸盐TZLB厚度为6μm，重复5组，该中红外布拉格光纤在2.5μm-3.2μm附近形成特定传输带。

[0080] 通过仿真软件COMSOL进行仿真，根据HCN、HF、C2H2的中红外吸收峰为2.5μm-3.2μm，通过调整软件中，硫系玻璃层和碲酸盐玻璃层的厚度比为1:2，一层硫系玻璃层：一层碲酸盐玻璃层＝1:2；确定其中红外激光传输带为2.5-3.2μm。

[0081] 并调整叠层次数为五组，其损耗小于10E-6dB/cm。

[0082] 该红外光谱范围可用于检测HF、HCN、C2H2，以上三种气体的中红外光谱峰位于2.6μm(HF)、2.9μm(HCN)、3.1μm(C2H2)。

[0083] 二、一种基于中红外布拉格光纤的气体定性定量检测装置，包括上述中红外布拉格光纤；还包括进光光纤、出光光纤、光源、光谱仪；

[0084] 在中红外布拉格光纤的一端熔接有进光光纤，在中红外布拉格光纤的另一端熔接出光光纤的一端；光源设置在进光光纤一端，将出光光纤的另一端和光谱仪连接。

[0085] 首先将空气通入设计的基于中红外布拉格光纤的气体定性定量检测装置中，尽量降低其他气体的干扰，再将待测混合气体通入中红外布拉格光纤，通过从出光光纤中传输的光信号至光谱仪中，进行分析，其得到的中红外吸收光谱。

[0086] 通过对比未通气和通气后的光谱图，发现其在2.5μm-3.2μm出现吸收峰，对混合气体中，含有的HCN、HF、C2H2进行定性，并且根据吸收峰强度，根据朗伯比尔定律最终检测出待测物质量，进行定量。

[0087] 实施例4

[0088] 一、一种中红外布拉格光纤，其截面示意图见图5，所描述的气体定性定量检测用中红外布拉格光纤为硫碲空芯布拉格结构的光纤；所述气体定性定量检测用中红外布拉格光纤由碲酸盐TZLB玻璃层6和硫系As2Se3玻璃层5层叠构成的包层区域和所述包层区域围成的空芯区域1；其中，包层区域为布拉格结构层，其第一层为硫系As2Se3玻璃层5，第二层为碲酸盐TZLB玻璃层6，依次类推，以一层硫系As2Se3玻璃层和一层碲酸盐TZLB玻璃层为一组叠层，布拉格结构层有五组叠层

[0089] 对于所述中红外布拉格光纤侧面上设置两排通孔4，每一个通孔4沿所中红外布拉格光纤中心轴方向，并在与中心轴平行的直线上均匀排列；两排通孔中相对的两个孔沿中红外布拉格光纤周向均布。

[0090] 具体的，中红外布拉格光纤的包层区域至少包括3层玻璃层，至少3层硫系玻璃层和3层碲酸盐玻璃层，层叠分布。硫系玻璃层和碲酸盐玻璃层的厚度比为1:1至1:4调节，本实施例采用5层玻璃层叠，硫系As2Se3玻璃层5：碲酸盐TZLB玻璃层6＝1:3，厚度的选取可根据折射率和功能需要设计。碲酸盐和硫系具体组分可以根据需要进行选择和调节；本实施例，硫系玻璃层的组分优选为As2Se3，碲酸盐玻璃层的组分优选为TeO2·ZnO·Li2·BiO3(TZLB)，如图5。

[0091] 用中红外布拉格光纤作为传输光纤，传输带宽可根据需要进行调节，损耗低。与传统石英光纤比，测量范围更大，反应更灵敏，可用于中红外波段，测试结果更准确。因为传统石英光纤对2μm以上中红外光谱有强吸收作用，而中红外布拉格光纤可在该区域对光进行传输，因此该发明可以对强吸收峰在中红外区域的气体(甲烷等)或气体进行高效检测。

[0092] 在上述实施例基础上，可通过激光中红外布拉格光纤进行打孔，得到通孔。

[0093] 通过仿真软件COMSOL进行仿真，硫系玻璃层和碲酸盐玻璃层的厚度比为1:3，一层硫系玻璃层：一层碲酸盐玻璃层＝1:3；确定其红外激光低损耗传输带为0.8-3.3μm，损耗在10E-7dB/cm以下。

[0094] 本实施例采用0.8μm-3.3μm传输带，空芯区域半径为60μm，一层硫系As2Se3的厚度3μm，一层碲酸盐TZLB厚度为9μm，重复5组，该中红外布拉格光纤在0.8μm-3.3μm附近形成特定传输带，损耗在10E-7dB/cm以下，可以用于红外吸收峰区域在0.8μm-3.3μm的气体检测，包括但不限于CO2、C2H2、HF、CH4、HCN、HBr、NO等气体。

[0095] 二、一种基于中红外布拉格光纤的气体定性定量检测装置，包括：光源、光谱仪以及上述实施例中所提供的中红外布拉格光纤。

[0096] 在中红外布拉格光纤的一端熔接有进光光纤，在中红外布拉格光纤的另一端熔接有出光光纤的一端；光源设置在进光光纤一端，将出光光纤的另一端和光谱仪连接。

[0097] 首先将空气通入设计的基于中红外布拉格光纤的气体定性定量检测装置中，尽量降低其他气体的干扰，再将待测气体通入中红外布拉格光纤，通过从出光光纤中传输的光信号至光谱仪中，进行分析，其得到的红外吸收光谱。

[0098] 通过对比未通气和通气后的光谱图，比较其在0.8μm-3.2μm红外范围内出现吸收峰，对比气体红外光谱，验证混合气体中存在的气体成分，进行定性，并且根据吸收峰强度及朗伯比尔定律最终检测出待测物质量，进行定量。

[0099] 最后本发明的方法仅为较佳实施方案，并非限定本发明的保护范围。凡在本发明精神和原则之内，所作的任何修改，等同替换、改进等，均应包含在本发明保护范围内。