[發明專利]一種利用光學非互易器件進行光傳感的系統

有效

• 申請號: 201711289620.1
• 申請日: 2017-12-07
• 公開（公告）號: CN108007481B
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發明（設計）人: 桂林;朱雨霜
• 申請（專利權）人: 上海第二工業大學
• 主分類號: G01D5/26
• 分類號: G01D5/26
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

傳統的光傳感利用光學器件的諧振波長隨溫度、壓力等待測量的變化關系，可以完成實時測量。在該類方法中，測量精度受到光學器件諧振譜線線寬的影響。本發明利用光功率敏感型諧振光學器件的特點，提出了一種光學傳感的方法，該方法從直接測量功率變化，到測量兩個方向功率比值的變化，即通過非互易比率的改變來進行光傳感。該方法在待測量與諧振波長變化關系一定的情況下，提高了整個系統的光傳感精度。例如，壓力變化量與諧振波長變化關系一定，采用本發明的方法將能夠提高光傳感精度。

技術領域

本發明涉及集成光學器件應用領域，尤其涉及一種利用硅基諧振結構構成的器件在光傳感系統中的應用，以及光傳感方法。

背景技術

近幾年來有關硅基光器件的設計與制作發展迅速，硅基光耦合器、光濾波器和偏振轉換器等基本的無源器件已經實現，且器件性能不斷提升。硅基光調制器、光開關和硅片摻雜光放大器等有源器件的研究也取得了一定的突破。除此之外，大家也在硅基集成器件的機理層面探索影響未來應用的基礎性問題。例如，依靠光學非互易特性構成的光隔離器和光環形器，它們在未來的硅基片上光網絡中具有重要作用，但一直以來缺乏有效的機理來實現硅基器件的片上光信號隔離，即在原理層面缺少一種可以進行光學非互易傳輸的機理。

普度大學的研究人員最早提出了“非線性光學效應導致特殊諧振結構傳播參數非時間對稱性”這一觀點，即依靠多個級聯的微納諧振結構中的強非線性效應，可以探測到正反兩個傳播方向上光功率的差別。該觀點提出了一種實現硅基非互易傳播的機理，其研究成果發表在國際頂級期刊Science上面。

圖1是2012年該課題組設計的光學非互易器件結構，它利用兩個光譜受強光影響不同的結構：陷波濾波器(notch filter，NF)和上下通路濾波器(Add-drop filter， ADF)構成級聯器件。

由于諧振結構的器件，透射譜線和功率相關，所以，在高功率條件下和低功率條件下，微環諧振器的透射譜線不同，因此形成了非互易結構的器件。該原理自發現以來，一直停留在理論研究層面，很少有研究人員拓展硅基諧振器件的應用。

參考文獻：

1.L.Fan，J.Wang，L.T.Varghese，H.Shen，B.Niu，Y.Xuan，A.M.Weiner，and M.Qi，“An all-silicon passive optical diode，”Science，335(6067)：447-450(2012).

2.LiFan，Leo T.Varghese，Jian Wang，Yi Xuan，Andrew M.Weiner，and MinghaoQi，“Silicon optical diode with 40dB nonreciprocal transmission，”Opt.Lett.38，1259(2013).

3.Jian Wang，Li Fan，Leo T.Varghese，Hao Shen，Yi Xuan，Ben Niu，andMinghao Qi，“A Theoretical Model for an Optical Diode Built With NonlinearSilicon Microrings，”J. Lightw. Technol.，31(2)：313-321(2013).

發明內容

本發明的目的在于，利用諧振結構器件與光功率相關的特性，提供了一種利用該特性構成的非互易光子器件，并提出了基于此結構實現光傳感的方法。該方法需要測量非互易比率，非互易比率的測量僅僅需要測量兩個方向的光功率比值，而采用此方法得到的傳感靈敏度是傳統方法的近兩倍，即測量諧振波長變化導致單個微環功率變化的方案。