海洋信息工程学院李正勇博士团队获批发明专利： 基于反谐振空芯光纤的高灵敏度痕量气体探测系统
作者：李正勇 时间：2025-12-17
近日，海洋信息工程学院李正勇老师团队研发的“一种基于反谐振空芯光纤模式干涉仪的痕量气体探测系统”成功获得国家知识产权局发明专利授权（专利号：ZL 2024 1 1232264.X），标志着团队在光学传感与痕量气体检测领域取得重要技术突破。
该发明针对当前环境监测与工业安全中对有毒有害气体高灵敏度、快速响应的检测需求，提出了一种全新的光纤传感方案。系统基于反谐振空芯光纤（AR-HCF）构建模式干涉仪，利用光热干涉型（PTI）传感技术，实现对甲烷、乙炔等痕量气体的高精度探测，探测能力可达ppm（百万分之一）级别。
一、技术亮点与创新突破
1.高灵敏度与快速响应
系统采用全光纤干涉结构，结合PTI技术，将气体吸收引起的光热效应转化为探测光的相位变化，通过锁相放大与谐波解调实现微弱信号提取，显著提升探测灵敏度与响应速度。
2.紧凑气室设计
利用AR-HCF的空气纤芯直接作为气室，气室长度缩短至数十厘米，结构更加紧凑。同时，采用飞秒激光侧面开孔技术，显著提升气体扩散效率，缩短检测时间。
3.强抗干扰与高稳定性
全光纤结构具备抗电磁干扰、耐腐蚀、适用于复杂环境的优势，系统稳定性高，适用于长期在线监测。
4.低损耗焊接与模式匹配
通过优化焊接工艺与参数，实现单模光纤与AR-HCF的低损耗、高强度连接，结合渐变折射率多模光纤（GIF）实现模式高效匹配，提升光传输效率。
二、应用前景广泛
该系统可广泛应用于：
环境空气质量监测，如二氧化硫、一氧化碳等工业废气监测；
煤矿、油田等危险环境中可燃易爆气体预警；
电力设备故障诊断，如变压器内部气体分析等；
科研实验室中痕量气体分析与反应过程监测。
三、专利信息
发明名称：一种基于反谐振空芯光纤模式干涉仪的痕量气体探测系统
专利号：ZL 2024 1 1232264.X
授权公告号：CN 119290746 B
申请日期：2024年9月4日
授权日期：2025年12月16日
专利权人：海南热带海洋学院
发明人：李正勇
四、发明人寄语
李正勇表示：该系统将前沿光纤技术与气体传感深度融合，不仅在灵敏度与响应速度上实现突破，更在结构紧凑性与环境适应性方面具有显著优势。未来团队将继续推动该技术的实用化与产业化，为我国环境监测与安全生产提供可靠的技术支撑。
（一审：李正勇 二审：宫淑悦 三审：谢锡銮）
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