[發(fā)明專利]微腔芯片型激光自混合距離傳感方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610255736.2
• 申請(qǐng)日: 2016-04-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105790070B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 呂亮;曹志剛;俞本立;向榮;王德輝;周俊峰;桂華僑;劉建國(guó);王煥欽;張道信;趙云坤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 安徽大學(xué)
• 主分類號(hào): H01S5/10
• 分類號(hào): H01S5/10
• 代理公司: 無(wú)錫市匯誠(chéng)永信專利代理事務(wù)所(普通合伙) 32260
• 代理人: 張歡勇

本發(fā)明涉及激光自混合傳感技術(shù)領(lǐng)域，現(xiàn)有的激光自混合振動(dòng)距離傳感系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)高精度、高探測(cè)靈敏度的傳感測(cè)量且結(jié)構(gòu)難以做到真正意義的微型化，無(wú)法與現(xiàn)代通訊系統(tǒng)的芯片做到很好的集成，無(wú)法大規(guī)模集成開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種微腔芯片型激光自混合距離傳感方法及系統(tǒng)，該方法基于激光自混合干涉測(cè)量原理和光學(xué)微腔調(diào)諧原理，利用光學(xué)微腔構(gòu)建激光自混合傳感系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了高精度，高靈敏度的傳感測(cè)量，同時(shí)因系統(tǒng)具有微型化的優(yōu)點(diǎn)，更加適合于大規(guī)模芯片制造加工，更加適合于狹小場(chǎng)合、復(fù)雜環(huán)境下的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，并且能夠與目前光纖通訊中的商用系統(tǒng)充分結(jié)合，低成本，高效地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程及特殊應(yīng)用場(chǎng)合傳感及數(shù)據(jù)處理。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光自混合傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種微腔芯片型激光自混合距離傳感方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

激光自混合干涉測(cè)量技術(shù)是指在激光應(yīng)用系統(tǒng)中，激光器的出射光被外部物體反射或散射后，其中一部分光又反饋回激光器的諧振腔內(nèi)，反饋光攜帶了外部物體表面元的狀態(tài)信息，與激光腔內(nèi)的原輸出光混合放大，引起激光器輸出功率和輸出頻率的變化，最后通過(guò)對(duì)輸出功率或輸出頻率的解調(diào)分析，得到被測(cè)物體速度、位移、振動(dòng)、形貌或溫度等物理量的現(xiàn)代光學(xué)傳感測(cè)試技術(shù)。在激光自混合干涉系統(tǒng)中，激光器不僅僅作為系統(tǒng)光源，同時(shí)也作為探測(cè)被測(cè)物體表面信息的敏感元件，從而簡(jiǎn)化了激光干涉系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，更加易于準(zhǔn)直，光路簡(jiǎn)單、緊湊，節(jié)約成本。

激光自混合干涉測(cè)量技術(shù)因其天然的單光路特性，具有測(cè)量范圍寬、精度高、使用方便、結(jié)構(gòu)緊湊小巧和適合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)，從而被廣泛應(yīng)用于距離傳感測(cè)量領(lǐng)域。但目前已有的激光自混合距離傳感系統(tǒng)依然存在以下問(wèn)題：

1.激光自混合距離傳感器件仍然是基于空間光器件和傳統(tǒng)光纖器件，無(wú)法做到真正意義的小型化，無(wú)法充分體現(xiàn)激光自混合距離傳感系統(tǒng)相對(duì)其他傳感系統(tǒng)(如外差干涉?zhèn)鞲邢到y(tǒng))的優(yōu)越性。

2.激光自混合傳感信號(hào)高度依賴于激光器腔內(nèi)載流子的能級(jí)壽命，而激光器一般由于腔體結(jié)構(gòu)、諧振腔腔長(zhǎng)度及腔內(nèi)損耗的限制，無(wú)法獲得較長(zhǎng)的能級(jí)壽命，造成激光自混合距離傳感系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)高精度、高探測(cè)靈敏度的傳感測(cè)量。

3.由于本身的系統(tǒng)特性，在分布式傳感實(shí)現(xiàn)過(guò)程中存在一定限制，難以與通訊系統(tǒng)的芯片做到很好的集成，無(wú)法大規(guī)模集成開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。

隨著光學(xué)微加工技術(shù)和微器件制作技術(shù)的不斷發(fā)展，微腔激光器相對(duì)于其他類型激光器的優(yōu)勢(shì)越來(lái)越明顯，微腔激光器具有體積小、能耗低、品質(zhì)系數(shù)高和可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模集成等優(yōu)點(diǎn)，因此具有廣泛的應(yīng)用前景。

本發(fā)明擬利用微腔激光器的優(yōu)點(diǎn)，以微腔激光器為基礎(chǔ)，利用激光自混合干涉測(cè)量原理，實(shí)現(xiàn)物體的距離傳感測(cè)量，目前關(guān)于此方法的技術(shù)方案尚未有任何報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種微腔芯片型激光自混合距離傳感方法及系統(tǒng)。

為實(shí)現(xiàn)以上技術(shù)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種微腔芯片型激光自混合距離傳感方法，泵浦光耦合進(jìn)入光學(xué)微腔，光學(xué)微腔對(duì)腔內(nèi)的信號(hào)光進(jìn)行放大、諧振和選頻后耦合輸出，輸出的信號(hào)出射到待測(cè)目標(biāo)表面后返回，攜帶有待測(cè)目標(biāo)信息的反饋信號(hào)光重新耦合進(jìn)入光學(xué)微腔，與光學(xué)微腔內(nèi)原有的信號(hào)光混合并最終輸出，同時(shí)利用熱電效應(yīng)對(duì)光學(xué)微腔進(jìn)行調(diào)諧，使得光學(xué)微腔最終輸出信號(hào)光的功率發(fā)生變化，通過(guò)對(duì)最終輸出信號(hào)光的功率變化進(jìn)行檢測(cè)并解調(diào)分析，得出待測(cè)目標(biāo)的距離信息。

該傳感方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1.采用光學(xué)微腔器件，實(shí)現(xiàn)了激光自混合傳感技術(shù)的微型化、網(wǎng)絡(luò)化和芯片化；

2.采用微腔激光器，克服了傳統(tǒng)激光自混合系統(tǒng)光源難以與芯片技術(shù)相結(jié)合的缺點(diǎn)；

3.采用光學(xué)微腔耦合，耦合效率高，解決了傳統(tǒng)激光自混合系統(tǒng)無(wú)法將激光高效率耦合入光纖的難點(diǎn)；