[發(fā)明專利]基于柔性聚合物波導(dǎo)的壓力傳感器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810710563.8
• 申請日: 2018-07-02
• 公開（公告）號: CN109029805A
• 公開（公告）日: 2018-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 何祖源;馬麟;楊曉宇
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: G01L1/24
• 分類號: G01L1/24;G01L11/02
• 代理公司: 上海交達專利事務(wù)所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

1.一種壓力敏感的光學(xué)波導(dǎo)定向耦合器，其特征在于，包括：兩根不相接觸的纖芯，其中：兩個纖芯的輸入端口和輸出端口均為水平對稱設(shè)置，纖芯中部的壓力檢測區(qū)域為豎直對稱設(shè)置。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)波導(dǎo)定向耦合器，其特征是，所述的輸入端口和輸出端口的間距為80-250μm，豎直對稱設(shè)置的中部區(qū)域為耦合區(qū)，其上下波導(dǎo)的間隔為5-25μm，耦合區(qū)長度為2-20mm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)波導(dǎo)定向耦合器，其特征是，所述的光學(xué)波導(dǎo)定向耦合器的工作波長為600-1650nm。

4.一種基于權(quán)利要求1～3中任一所述光學(xué)波導(dǎo)定向耦合器的應(yīng)用，其特征在于，將其用于微小壓力的精確測量。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的應(yīng)用，其特征是，所述的測量具體是指：通過以預(yù)設(shè)比例的光分別從輸入端口中的任意或同時輸入耦合區(qū)，由于壓力對耦合區(qū)纖芯的距離的細微改變導(dǎo)致耦合距離以及等效光程差的改變，從而實現(xiàn)輸出端口的功率比值的改變，通過比較干涉圖樣中干涉峰的中心波長頻移與壓力變化之間的關(guān)系，實現(xiàn)對微小壓力變化的精確測量。

6.一種光學(xué)波導(dǎo)定向耦合器的制備方法，其特征在于，通過將帶有模具的基板上涂覆包層后，以直寫法在包層中直接制成立體結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)；

所述的直寫法是指：使用點膠機將纖芯材料寫入包層中并通過紫外光固化形成立體結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)，最后去除模具完成定向耦合器的制備。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征是，所述的點膠機寫入的芯層與包層折射率差為0.003-0.2，寫入的纖芯直徑為7-50μm。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征是，所述的定向耦合器包括：壓力敏感的光學(xué)波導(dǎo)定向耦合器、M-Z干涉型光學(xué)波導(dǎo)和邁克爾遜干涉型光學(xué)波導(dǎo)。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征是，所述的M-Z干涉型光學(xué)波導(dǎo)包括：輸入端口、Y形波導(dǎo)、相互并聯(lián)的測試支路和參考支路以及輸出端口；

所述的邁克爾遜干涉型光學(xué)波導(dǎo)包括：位于同側(cè)的輸入端口和輸出端口、與之分別相連的Y形波導(dǎo)、倒Y形波導(dǎo)以及分別設(shè)置于倒Y形波導(dǎo)兩個末端的反射鏡。

10.一種光波導(dǎo)壓力測量系統(tǒng)，其特征在于，包括：依次串聯(lián)的窄線寬光纖激光器、光調(diào)制器、PLC分光器、根據(jù)權(quán)利要求6～9中任一所述方法制備得到的柔性聚合物波導(dǎo)組，設(shè)置于柔性聚合物波導(dǎo)輸出端的多通道功率計和光纖耦合器、與光纖耦合器依次連接的平衡探測器、數(shù)據(jù)采集卡以及與多通道功率計的輸出端和數(shù)據(jù)采集卡的輸出端相連的計算機，其中：PLC分光器和光纖耦合器之間進一步設(shè)有偏振控制器，光調(diào)制器通過信號形發(fā)生器和直流電壓源控制并輸出調(diào)制信號，信號形發(fā)生器、直流電壓源和數(shù)據(jù)采集卡共用一個時鐘信號。

11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征是，所述的柔性聚合物波導(dǎo)組包括：相互獨立的至少一個基于直寫法制備得到的強度調(diào)制型光學(xué)波導(dǎo)定向耦合器和至少一個基于直寫法制備得到的相位調(diào)制型光學(xué)波導(dǎo)，其分別排布在一整塊波導(dǎo)的立體空間內(nèi)且通過活動光連接頭進行輸入/出的連接。

12.一種光波導(dǎo)壓力測量系統(tǒng)，其特征在于，包括：依次串聯(lián)的窄線寬光纖激光器、光調(diào)制器、PLC分光器、根據(jù)權(quán)利要求6～9中任一所述方法制備得到的邁克爾遜光波導(dǎo)組、設(shè)置于邁克爾遜光波導(dǎo)組輸出端的多通道功率計、設(shè)置于PLC分光器和邁克爾遜光波導(dǎo)組之間的偏振控制器，其中：偏振控制器以及邁克爾遜光波導(dǎo)組的一個輸出端口與光纖耦合器相連，光纖耦合器的輸出端依次連接的平衡探測器、數(shù)據(jù)采集卡以及與多通道功率計的輸出端和數(shù)據(jù)采集卡的輸出端相連的計算機。

13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征是，所述的邁克爾遜光波導(dǎo)組包括：基于直寫法制備得到的至少一個相位調(diào)制型光學(xué)波導(dǎo)，即包括至少一個M-Z干涉型或邁克爾遜干涉型光學(xué)波導(dǎo)。