[發明專利]一種級聯傅里葉變換光譜儀的雙環光學傳感器

在審

• 申請號: 201811247258.6
• 申請日: 2018-10-24
• 公開（公告）號: CN109253986A
• 公開（公告）日: 2019-01-22
• 發明（設計）人: 李明宇;胡海洋;楊建;邵瓊嬋
• 申請（專利權）人: 蘇州聯訊儀器有限公司
• 主分類號: G01N21/45
• 分類號: G01N21/45
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 劉靜;邱啟旺

本發明公開了一種級聯傅里葉變換光譜儀的雙環光學傳感器，包括寬帶光源、兩個形環諧振腔和傅里葉變換光譜儀；寬帶光源發出的光經過輸入直波導與第一環形諧振腔耦合；第一環形諧振腔通過耦合直波導與第二環形諧振腔級聯；傅里葉變換光譜儀與第二環形諧振腔下載端相連；第一環形諧振腔波導表面有上包層，不與被測液體接觸，是參考環形諧振腔；第二環形諧振腔波導表面與被測液體接觸，是傳感環形諧振腔；由于被測液體的折射率發生變化，引起傳感環形諧振腔的有效折射率變化，而參考環形諧振腔的有效折射率沒有改變，從而導致兩個環形諧振腔級聯后的光譜包絡產生變化，最終包絡的變化由傅里葉變換光譜儀還原，進而獲得被測液體折射率的變化信息。

技術領域

本發明涉及一種光學傳感器，尤其涉及一種級聯傅里葉變換光譜儀的雙環光學傳感器。

背景技術

生物技術、信息技術、先進制造技術等在國家中長期科學技術規劃中被列入重點發展的前沿技術領域。本發明所提出的集成光波導傳感器，正是立足以上三種技術基礎之上，在生物醫學、化學傳感、農藥檢測、食品安全以及當前熱門的芯片實驗室領域都有著廣泛應用前景。利用這一特點制成的便攜式平面光波導光學傳感器不但具有靈敏度高、抗電磁干擾等優點，而且容易實現小型化、陣列化。更為重要的是，它與現有的光纖通信系統和通信技術兼容，符合信息技術發展的大趨勢，非常適用于安全監管系統的實時探測，以及食品檢測、工業和醫學等諸多領域。

雙環級聯諧振腔的光學傳感器利用游標效應，可以大大增加傳感器的靈敏度。但是這種傳感器需要測試透射光譜，對光譜包絡進行曲線擬合，從而確定光譜包絡峰值的移動位置。測試光譜需要高精度的光譜儀，或者可調激光器。這些儀器體積龐大，不能單片集成。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種級聯傅里葉變換光譜儀的雙環光學傳感器。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：一種級聯傅里葉變換光譜儀的雙環光學傳感器，包括寬帶光源、輸入直波導、耦合直波導、第一形環諧振腔、第二環形諧振腔、第二探測器、第三探測器和傅里葉變換光譜儀；

所述輸入直波導的輸入端與寬帶光源相連；所述寬帶光源發出的光經過輸入直波導與第一環形諧振腔相耦合；所述第一環形諧振腔通過耦合直波導與所述第二環形諧振腔級聯；所述耦合直波導的輸出端與第二探測器相連，所述第二探測器用于監控耦合到第二環形諧振腔的光強；

所述第一環形諧振腔波導表面有上包層，不與被測液體接觸，是參考環形諧振腔；所述第二環形諧振腔波導表面與被測液體接觸，是傳感環形諧振腔；所述參考環形諧振腔旁邊具有第一加熱電極；通過調節加載在第一加熱電極上的電流大小，調整兩個形環諧振腔的自由光譜范圍的差值，使得級聯雙環的透射譜包絡周期小于傅里葉變換光譜儀的測量范圍，然后調整到第二探測器探測到的光強最小，此時，進入第二環形諧振腔的光強最大；

所述傅里葉變換光譜儀采用馬赫-曾德爾干涉儀構成，其輸入端與第二環形諧振腔的下載端相連，其輸出端與第三探測器相連；所述馬赫-曾德爾干涉儀的第一個臂無加熱電極，第二個臂具有第二加熱電極；通過調節加載在第二加熱電極上的電流大小，調整兩個臂的光程差，通過第三探測器接收到不同光程差的光強，通過傅里葉變換還原級聯雙環的透射譜包絡，利用包絡峰值位置的變化信息，得到被測液體的折射率變化。

進一步地，所述第一加熱電極和第二加熱電極均為金屬電極。

進一步地，該雙環光學傳感器還包括與輸入直波導的輸出端相連的第一探測器，用于監控寬帶光源的輸入光強度穩定性。

進一步地，第一加熱電極不加電流時，第一形環諧振腔和第二環形諧振腔的光學長度不相同，且在寬帶光源的光譜范圍內至少有一個相同的諧振頻率。第二加熱電極不加電流時，第一個臂和第二個臂的光學長度相同。