[發明專利]一種基于平面光波導的光傳感系統

有效

• 申請號: 201110074059.1
• 申請日: 2011-03-25
• 公開（公告）號: CN102692244A
• 公開（公告）日: 2012-09-26
• 發明（設計）人: 劉若鵬;欒琳;趙治亞;孫豪文
• 申請（專利權）人: 深圳光啟高等理工研究院;深圳光啟創新技術有限公司
• 主分類號: G01D5/34
• 分類號: G01D5/34
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

【技術領域】

本發明涉及光傳感領域，具體地涉及一種基于平面光波導的光傳感系統。

【背景技術】

目前，光傳感技術作為信息科學技術的一個重要分支，在光通信、工業過程控制、環境監測和國家安全等眾多方面都有著十分重要的應用。光傳感技術可以解決電傳感技術存在的靈敏度低、易受干擾、感應時間較長、檢測某些化學氣體不安全等方面的問題；相比之下，光傳感器具有靈敏度高、體積小、抗電磁干擾能力強、便于集成、可在線檢測等眾多優點。因此在傳感領域中，光傳感占有越來越重要的地位。

近年來，作為傳感器技術中十分重要的一員，光傳感技術在許多應用領域得到了長足的發展，目前各種光傳感器已廣泛應用在各個行業。所謂光傳感器就是以光為檢測對象，將光信號轉換成電信號的器件，通常是指紫外到紅外波長范圍的傳感器，它是利用材料的光電效應制成的探測器，故也稱為光電轉換器。由于光傳感技術具有靈敏度高、體積小、抗電磁干擾能力強、便于集成、可在線檢測等眾多優點，目前光傳感器件在光通信、環境監測等各個領域中得到了廣泛的應用和發展。

現有技術基于光波導的光傳感器有環形波導式光傳感器等多種類型。

環型波導式光傳感器主要由一個環型波導(如微環諧振腔)和一個直波導構成，環型波導置于敏感原件感應待測量最有效的位置，當待測量作用于敏感原件時，敏感元件的相應變化會導致環型波導中光波的某些性質(如相位和強度)發生改變，最后通過檢測直波導中輸出光的變化便可知道待測量的變化情況。

如附圖1所示為簡單的單波導耦合光學諧振腔的結構，其通過直接耦合器把光耦合出來，再反饋到一個輸出端。AO、Ai分別是輸入端和輸出端場強，Ar、Al分別為耦合進和耦合出環型諧振腔的能量，通過比較這幾個參數的基本關系，便可以得出光學諧振腔的基本特性。

現有技術基于光波導的傳感器已經發展了很長時間，除了環形波導式光傳感器，目前應用中的該類傳感器還有很多。但是由于結構設計和生產工藝等方面一直沒有重大突破，該類傳感器一直受到光學器件尺寸和材料的限制，這類光傳感系統的制備往往需要復雜的加工工藝流程(如光刻、電子束刻蝕或者納米壓印技術)且難以同時集成復雜的光電性能在單一芯片上。

【發明內容】

本發明所要解決的技術問題是提供一種在單一芯片上同時集成了光電性能的基于平面光波導的光傳感系統。

本發明實現發明目的采用的技術方案是，一種基于平面光波導的光傳感系統，包括集成設置在CMOS芯片上的光傳感器和與所述光傳感器連接的運算電路，所述光傳感器由傳感單元陣列而成，所述傳感單元包括平面光波導、耦合光柵和PN結，所述耦合光柵將所述平面光波導輸出的光信號耦合至所述PN結，所述PN結與所述運算電路連接。

作為實施例之一，所述平面光波導為微環諧振腔。

優選地，所述PN結的最上層設置有一層絕緣層。

優選地，所述絕緣層為二氧化硅材料。

本發明的有益效果是：通過COMS工藝將平面光波導與光傳感器集成在同一芯片上，具有結構簡單，易于加工和大規模生產的優點。

【附圖說明】

圖1，單波導耦合光學諧振腔的結構示意圖。

圖2，本發明傳感單元的結構示意圖。

圖3，本發明PN結與耦合光柵的結構示意圖。

圖中，100平面光波導、101單模光纖、200耦合光柵、300PN結、400絕緣層。

【具體實施方式】

本發明提供一種基于平面光波導的光傳感系統，包括集成設置在CMOS芯片上的光傳感器和與光傳感器連接的運算電路，光傳感器由傳感單元陣列而成，所述傳感單元包括平面光波導100、耦合光柵200和PN結300，所述耦合光柵200將平面光波導輸出的光信號耦合至PN結300，PN結300與運算電路連接，運算電路對PN結300輸出的信號進行計算得到待測量結果。