[發(fā)明專利]一種基于雙瓶狀微型諧振腔的光學(xué)傳感器

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910039059.4
• 申請(qǐng)日: 2019-01-15
• 公開（公告）號(hào): CN109631961A
• 公開（公告）日: 2019-04-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王克逸;王夢(mèng)宇;孟令俊;沈遠(yuǎn);蔡柏林;張磊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01D5/30
• 分類號(hào): G01D5/30
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 楊靜

1.一種雙瓶狀微型諧振腔，其特征在于，包括：

兩個(gè)回音壁模式光學(xué)微腔，所述兩個(gè)回音壁模式光學(xué)微腔的軸線共線并且串聯(lián)為一體；其中

所述兩個(gè)回音壁模式光學(xué)微腔具有相同形狀。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙瓶狀微型諧振腔，其特征在于：

所述兩個(gè)回音壁模式光學(xué)微腔的形狀為瓶狀，所述瓶狀的輪廓沿軸向呈近似拋物線形變化；或者

所述兩個(gè)回音壁模式光學(xué)微腔的形狀為空心泡狀、球狀或空心球狀。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雙瓶狀微型諧振腔，其特征在于：

所述兩個(gè)回音壁模式光學(xué)微腔的材料是二氧化硅材料、高分子聚合物材料、半導(dǎo)體材料、和晶體材料中的任意一種或多種。

4.一種基于雙瓶狀微型諧振腔的光學(xué)傳感器，其特征在于，包括：

根據(jù)權(quán)利要求1～3任意一項(xiàng)所述的雙瓶狀微型諧振腔；

激光器；

波導(dǎo)；以及

光學(xué)探測(cè)儀；其中，所述波導(dǎo)的一端與所述激光器相連，另一端與所述光學(xué)探測(cè)儀相連，并且所述波導(dǎo)與所述雙瓶狀微型諧振腔耦合，所述波導(dǎo)與所述雙瓶狀微型諧振腔的耦合點(diǎn)位于所述兩個(gè)回音壁模式光學(xué)微腔的結(jié)合點(diǎn)的位置；

其中：

所述雙瓶狀微型諧振腔用于將通過所述波導(dǎo)與所述雙瓶狀微型諧振腔之間的耦合而進(jìn)入所述雙瓶狀微型諧振腔的激光，在所述兩個(gè)回音壁模式光學(xué)微腔中分別形成回音壁式光學(xué)諧振以得到用于所述光學(xué)傳感器探測(cè)的諧振光譜；

所述波導(dǎo)用于接收所述激光器發(fā)射的激光，并通過所述耦合使激光進(jìn)入所述雙瓶狀微型諧振腔，通過所述耦合獲得所述諧振光譜，以及將所述諧振光譜輸出至所述光學(xué)探測(cè)儀。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光學(xué)傳感器，其特征在于，還包括：

偏振控制器，連接于所述激光器與所述波導(dǎo)之間，用于改變來自所述激光器發(fā)射的激光的偏振狀態(tài)。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光學(xué)傳感器，其特征在于：

所述波導(dǎo)與所述雙瓶狀微型諧振腔相接觸；以及

所述諧振光譜的類型包括洛倫茨共振型、或法諾共振型。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光學(xué)傳感器，其特征在于：

所述波導(dǎo)包括錐形光纖波導(dǎo)、傾角光纖波導(dǎo)、或者棱鏡波導(dǎo)。

8.一種應(yīng)用根據(jù)權(quán)利要求4～7中任意一項(xiàng)所述的光學(xué)傳感器的探測(cè)方法，包括：

調(diào)整所述波導(dǎo)相對(duì)于所述雙瓶狀微型諧振腔的位置，以在所述雙瓶狀微型諧振腔的所述兩個(gè)回音壁模式光學(xué)微腔中分別形成回音壁式光學(xué)諧振；

以所述兩個(gè)回音壁模式光學(xué)微腔中的其中一個(gè)為參考腔、另一個(gè)為探測(cè)腔，在參考環(huán)境下對(duì)所述參考腔和所述探測(cè)腔的光學(xué)特性進(jìn)行標(biāo)定，獲得所述參考腔和所述探測(cè)腔關(guān)系ΔM₂＝kΔM₁，其中：ΔM₁為所述參考腔在所述參考環(huán)境下的諧振光學(xué)參數(shù)相對(duì)于在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下的諧振光學(xué)參數(shù)的偏移量；ΔM₂為所述探測(cè)腔在所述參考環(huán)境下的諧振光學(xué)參數(shù)相對(duì)于在所述標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下的諧振光學(xué)參數(shù)的偏移量，其中所述參考環(huán)境與所述標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境僅溫度不同；

在所述參考腔外敷隔離層后將所述雙瓶狀微型諧振腔置于探測(cè)環(huán)境中，獲得所述參考腔在與所述探測(cè)環(huán)境隔離的狀態(tài)下的光學(xué)諧振參數(shù)相對(duì)于在所述標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下的諧振光學(xué)參數(shù)的偏移量ΔM₃、以及所述探測(cè)腔在所述探測(cè)環(huán)境下的光學(xué)諧振參數(shù)相對(duì)于在所述標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下的諧振光學(xué)參數(shù)的偏移量ΔM₄；以及

基于ΔM＝ΔM₄-kΔM₃，獲得所述探測(cè)環(huán)境的物理特性，其中，所述物理特性包括環(huán)境折射率、溫度、壓力、位移、化學(xué)物質(zhì)、氣體或液體溶度、納米粒子、以及電磁場(chǎng)中的至少一個(gè)。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的探測(cè)方法，其中，所述探測(cè)方法的探測(cè)機(jī)制包括：

諧振波長(zhǎng)偏移、諧振頻率偏移、諧振模式展寬或諧振模式分裂。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的探測(cè)方法，其中，調(diào)整所述波導(dǎo)相對(duì)于所述雙瓶狀微型諧振腔的位置，包括：

將所述波導(dǎo)置于所述雙瓶狀微型諧振腔的所述兩個(gè)回音壁模式光學(xué)微腔的結(jié)合點(diǎn)位置上。