(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211244132.X (22)申请日 2022.10.12 (71)申请人 南京泰爱信科技有限公司 地址 210031 江苏省南京市江北新区智能 制造产业园 （智合园） 科创大道9号A2 栋407-1室 (72)发明人 余赛芬　章振　夏海云　董晶晶　 (74)专利代理 机构 北京集佳知识产权代理有限 公司 11227 专利代理师 王洋 (51)Int.Cl. G01N 21/01(2006.01) G01N 21/39(2006.01) H01S 3/067(2006.01) H01S 3/10(2006.01)H01S 3/117(2006.01) H01S 3/23(2006.01) (54)发明名称 一种全光纤激光器结构及大气气体光谱测 量方法 (57)摘要 本申请涉及激光器技术领域， 公开了一种全 光纤激光器结构及大气气体光谱测量方法， 包 括： 种子光模块、 切换模块、 第一放大模块、 调制 模块、 第二放大模块、 环形器和望远镜； 种子光模 块输出探测光和参考光； 探测光的波长可在待测 气体吸收光谱范围进行调谐； 参考光的波长恒 定； 切换模块对探测光和参考光进行切换以实现 时分复用； 第一放大模块对探测光和参考光进行 合并和放大处理， 输出连续光； 调制模块将连续 光斩成脉冲光； 第二放大模块对 脉冲光进行逐步 放大处理； 环形器将脉冲光传入望远镜； 望远镜 在进行大气气体探测后， 接收后向散射信号。 这 样可以保证探测光和参考光共用同一套光学系 统， 消除大气环境因素和系统稳定性因素的影 响， 提高测量精度。 权利要求书2页 说明书9页 附图3页 CN 115326714 A 2022.11.11 CN 115326714 A 1.一种全光纤激光器结构， 其特征在于， 包括： 种子光模块、 切换模块、 第一放大模块、 调制模块、 第二 放大模块、 环形器和望远镜； 其中， 所述种子光模块用于输出探测光和参考光； 所述探测光的波长可在待测气体吸收光谱 范围进行调谐； 所述 参考光的波长维持恒定； 所述切换模块的第 一输入端与所述种子光模块的第 一输出端连接， 所述切换模块的第 二输入端与所述种子光模块的第二输出端连接， 用于对所述探测光和所述参考光进行切换 以实现时分复用； 所述第一放大模块的输入端与所述切换模块的输出端连接； 所述第 一放大模块用于对 所述探测光和所述 参考光进行合并和放大处 理， 输出连续光； 所述调制模块的输入端与 所述第一放大模块的输出端连接； 所述调制模块用于将所述 连续光斩波成脉冲光； 所述第二放大模块的输入端与所述调制模块的输出端连接； 所述第 二放大模块用于对 所述脉冲光进行 逐步放大处理； 所述环形器的输入端与所述第 二放大模块的输出端连接； 所述环形器用于将放大处理 后的所述脉冲光传入所述望远镜； 所述望远镜用于在进行大气气体探测后， 接收所述探测光和所述参考光对应的后向散 射信号。 2.根据权利要求1所述的全光纤激光器结构， 其特征在于， 所述种子光模块包括： 用于 输出所述探测 光的波长可调谐连续激光器、 用于输出所述参考光的参考激光器、 第一隔离 器和第二隔离器； 所述波长可调谐连续激光器的输出端与 所述第一隔离器的输入端连接； 所述参考激光 器的输出端与所述第二隔离器的输入端连接； 所述第一隔离器用于通过正向传输的所述探 测光并隔离反向传输的所述探测光； 所述第二隔离器用于通过正向传输的所述参考光并隔 离反向传输的所述 参考光。 3.根据权利要求2所述的全光纤激光器结构， 其特 征在于， 所述切换模块包括： 光 开关； 所述光开关的第 一输入端与 所述第一隔离器的输出端连接； 所述光开关的第 二输入端 与所述第二隔离器的输出端连接； 所述 光开关用于对所述探测光和所述 参考光进行选通。 4.根据权利要求3所述的全光纤激光器结构， 其特征在于， 所述第一放大模块包括： 第 一泵浦源、 第一波分复用器、 第一增益 光纤和第三隔离器； 所述第一泵浦源的输出端与 所述第一波分复用器的第 一输入端连接； 所述第 一波分复 用器的第二输入端与所述光开关的输出端连接； 所述第一波分 复用器的输出端与所述第一 增益光纤的输入端连接； 所述第一增益光纤的输出端与所述第三隔离器的输入端连接； 所 述第一泵浦源用于提供第一泵浦 光； 所述第一波分 复用器用于将不同波长的光信号合并至 一条光纤上进 行传输； 所述第一增益光纤用于吸收所述第一泵浦光后对合并后的光信号进 行放大， 输出所述连续光； 所述第三隔离器用于通过正向传输的所述连续光并隔离反向传 输的所述连续 光。 5.根据权利要求4所述的全光纤激光器结构， 其特征在于， 所述调制模块包括： 第一声 光调制器和第二声光调制器； 所述第一声光调制器的输入端与 所述第三隔离器的第 一输出端连接； 所述第 一声光调权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115326714 A 2制器的输出端与所述第二声光调制器的输入端连接； 所述第一声光调制器用于将所述连续 光斩波成脉冲光； 所述第二声光调制器用于增 加所述脉冲光的直 流噪声抑制比。 6.根据权利要求5所述的全光纤激光器结构， 其特 征在于， 还 包括： 第一 监测模块； 所述第一监测模块与 所述第三隔离器的第 二输出端连接； 所述第 一监测模块用于监测 经过一次放大后输出的光信号。 7.根据权利要求6所述的全光纤激光器结构， 其特征在于， 所述第 二放大模块包括第 二 泵浦源、 第二波分复用器、 第二增益 光纤和第四隔离器； 所述第二泵浦源的输出端与 所述第二波分复用器的第 一输入端连接； 所述第 二波分复 用器的第二输入端与所述第二声光调制器的输出端连接； 所述第二波分 复用器的输出端与 所述第二增益光纤的输入端连接； 所述第二增益光纤的输出端与所述第四隔离器的输入端 连接； 所述第二泵浦源用于提供第二泵浦光； 所述第二波分复用器用于将不同波长的光信 号合并至一条光纤上进行传输； 所述第二增益光纤用于吸收所述第二泵浦 光后对合并后的 光信号进行放大； 所述第四隔离器用于通过正向传输的光并隔离反向传输的光。 8.根据权利要求7 所述的全光纤激光器结构， 其特 征在于， 还 包括： 第二 监测模块； 所述第二监测模块与 所述第四隔离器的第 一输出端连接； 所述第 二监测模块用于监测 经过二次泵浦后输出的光信号。 9.根据权利要求8所述的全光纤激光器结构， 其特征在于， 所述第二放大模块还包括： 光纤适配 器、 第三泵浦源、 第四泵浦源、 第三波分复用器和第三增益 光纤； 所述光纤适配器的输入端与 所述第四隔离器的第 二输出端连接； 所述光纤适配器的输 出端与所述第三波分 复用器的第一输入端连接； 所述第三泵浦源的输出端与所述第三波分 复用器的第二输入端连接； 所述第四泵浦源的输出端与所述第三波分复用器的第三输入端 连接； 所述第三波分复用器的输出端与所述第三增益光纤的输入端连接； 所述第三增益光 纤的输出端与所述环形器的输入端连接； 所述第三泵浦源用于提供第三泵浦光； 所述第四 泵浦源用于提供第四泵浦光； 所述第三波分 复用器用于将不同波长的光信号合并至一条光 纤上进行传输； 所述第三增益光纤用于吸收所述第三泵浦光和所述第四泵浦 光后对光信号 进行放大。 10.一种大气气体光谱测量方法， 其特征在于， 基于如权利要求1至9任一项所述全光纤 激光器结构， 所述方法包括： 根据不同待测气体 类型确定 探测光的波长范围， 以及参 考光的输出波长； 对所述探测光和所述参考光进行切换， 实现所述探测光和所述参考光在时序 上时分复 用的交替出射， 输出 连续光； 将所述连续光斩波成脉冲光， 并对所述脉冲光进行逐步放大并完成后向散射信号的探 测； 调节所述探测光的波长， 重复执行所述后向散射信号的探测的步骤， 得到多组所述后 向散射信号； 对每组所述后向散射信号进行差分处理， 获得待测气体的吸收光谱， 并反演得到待测 气体浓度的三维分布。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115326714 A 3