[發明專利]一種基于級聯耦合微腔的溫度/折射率雙參數傳感器

有效

• 申請號: 201610014723.6
• 申請日: 2016-01-07
• 公開（公告）號: CN105526971B
• 公開（公告）日: 2017-11-10
• 發明（設計）人: 時堯成;劉鵬浩
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司33200
• 代理人: 葉志堅

1.一種基于級聯耦合微腔的溫度/折射率雙參數傳感器，其特征在于包括寬帶光源、總線波導、第一耦合微腔、第二耦合微腔和光探測器；且寬帶光源、總線波導、第一耦合微腔、第二耦合微腔和光探測器自左向右依次耦合連接，第一耦合微腔、第二耦合微腔設置在總線波導的同一側，且通過倏逝場效應分別與總線波導相耦合；

第一耦合微腔、第二耦合微腔通過總線波導形成級聯，輸入光信號再通過整個級聯側向耦合微腔組成的傳感單元在光譜儀上所得到的總透射系數T應為T₁與T₂的乘積:

T＝T₁×T₂(3)

即在光譜儀上得到的輸出光譜上會包含與λ₁和λ₂相對應的兩處諧振波谷；T₁為經過第一耦合微腔后的透射系數，λ₁為側向第一耦合微腔的諧振波長，T₂為經過側向第二耦合微腔后的透射系數，，λ₂為側向第二耦合微腔的諧振波長；

同時諧振波長λ₁和λ₂會隨所處待測物質的溫度和折射率的變化而變化，其變化關系滿足：

Δλ1=ST,cav1×ΔT+Sn,cav1×ΔnΔλ2=ST,cav2×ΔT+Sn,cav2×Δn---(4)]]>

其中Δλ₁和Δλ₂為兩處諧振波谷的波長漂移量，S_T，cav1和S_n，cav1為側向第一耦合微腔的溫度和折射率靈敏度，S_T，cav2和S_n，cav2為側向第二耦合微腔的溫度和折射率靈敏度，ΔT和Δn為待測物質的溫度和折射率變化量；

最后在利用光譜儀測得輸出光譜中兩處諧振波谷的波長漂移量后，就能夠求解計算得到待測物質的溫度和折射率：

ΔTΔn=ST,cav1Sn,cav1ST,cav2Sn,cav2-1Δλ1Δλ2---(5);]]>

將第一耦合微腔、第二耦合微腔共同組成的傳感單元放入到待測物質環境中進行傳感測量時，輸入光信號在總線波導中傳輸時通過倏逝場效應與第一耦合微腔相耦合，在第一耦合微腔對應的諧振波長λ₁處激發側向第一耦合微腔發生諧振，總線波導的輸出光譜上就會出現與λ₁對應的滿足洛倫茲線型的諧振波谷：

T1=1-A1λFWHM14(λ-λ1)2+λFWHM12---(1)]]>

式(1)中，T₁為經過第一耦合微腔后的透射系數，A₁為歸一化系數，λ₁為側向第一耦合微腔的諧振波長，λ_FWHM1為側向第一耦合微腔的諧振半極大全寬度，λ為入射波長；

同理，輸入光信號在總線波導中傳輸時通過倏逝場效應與第二耦合微腔相耦合，在第二耦合微腔對應的諧振波長λ₂處激發第二耦合微腔發生諧振，連接波導的輸出光譜上就會出現與λ₂對應的滿足洛倫茲線型的諧振波谷：

T2=1-A2λFWHM24(λ-λ2)2+λFWHM22---(2)]]>

式(2)中，T₂為經過側向第二耦合微腔后的透射系數，A₂為歸一化系數，λ₂為側向第二耦合微腔的諧振波長，λ_FWHM2為側向第二耦合微腔的諧振半極大全寬度，λ為入射波長。