[發明專利]一種光聲光譜檢測芯片傳感器及制作方法

有效

• 申請號: 202010250881.8
• 申請日: 2020-04-01
• 公開（公告）號: CN111398177B
• 公開（公告）日: 2021-01-08
• 發明（設計）人: 王如寶;郭曉霞;劉正鐸;江仁林
• 申請（專利權）人: 武漢理通微芬科技有限公司
• 主分類號: G01N21/17
• 分類號: G01N21/17;G01N21/25
• 代理公司: 蘇州中合知識產權代理事務所(普通合伙) 32266
• 代理人: 劉奇

本發明公開了一種光聲光譜檢測芯片傳感器及制作方法，所述傳感器包括：振動換能結構、光波導和相移波導光柵，所述光波導設于所述振動換能結構上，所述光波導為三層波導層，包括襯底、導光層和包層，所述振動換能結構作為所述光波導的襯底，所述光波導的導光層為稀土摻雜二氧化硅，所述光波導的包層為二氧化硅，所述相移波導光柵刻寫在所述光波導的導光層中；所述方法包括采用mocvd工藝在振動換能結構上生成光波導；采用UV光刻技術在光波導的導光層上刻寫相移波導光柵。本發明實現了傳感器和換能結構的集成，其結構簡單牢固，易制作，便于與其他系統集成，能有效地解決傳統光纖分布式傳感系統集成問題。

技術領域

本發明屬于光學器件領域，涉及光聲光譜檢測領域，尤其涉及一種光聲光譜檢測芯片傳感器及制作方法。

背景技術

隨著科技的迅速發展，光聲光譜檢測技術在生物醫學、工業生產等領域有了越來越多的應用需求，特別是對于氣體檢測而言，光聲光譜技術能夠實現對各種有毒有害氣體濃度的檢測。隨著工業生產和環境監測技術的不斷提高，人們對于光聲光譜氣體傳感器的集成度和結構性能等方面的要求也越來越高。在某些特殊的應用領域中，不僅對傳感器的靈敏度和精度有具體的要求，對傳感器的成本、集成度也有著很高的要求。

傳統的光聲光譜檢測利用激光干涉、光纖干涉儀、光纖分布式反饋激光傳感器等方法，其中分布式反饋光纖激光器在光聲光譜振動測量領域有著廣泛的應用，利用外界振動信號對其光纖諧振腔的影響，可以測量出外界振動信號的大小，具有很高的靈敏度和精度，但光纖本身較為脆弱，在微振動測量的應用中有著很高的換能封裝要求，而光纖與換能封裝結構的結合較為往往較為困難，需要較高的工藝水平，其帶來的是傳感器成本的增加。而傳統用于微振動檢測的光波導結構與換能結構的結合往往是粘貼式的結合，其結構穩定性較差，不適于長期的氣體檢測。

發明內容

針對上述問題，本發明提供了一種光聲光譜檢測芯片傳感器，基于平面波導分布式反饋光纖激光器，解決了現有的微振動傳感器集成性和穩定性較差的問題。本發明的另一目的在于提供一種光聲光譜檢測芯片傳感器的制作方法。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種光聲光譜檢測芯片傳感器，包括：振動換能結構、光波導和相移波導光柵，所述光波導設于所述振動換能結構上，所述光波導為三層波導層，包括襯底、導光層和包層，所述振動換能結構作為所述光波導的襯底，所述光波導的導光層為稀土摻雜二氧化硅，所述光波導的包層為二氧化硅，所述相移波導光柵刻寫在所述光波導的導光層中。

優選地，所述光波導在所述振動換能結構上通過mocvd工藝生成。

優選地，所述相移波導光柵采用UV光刻技術刻寫在所述光波導中，所述相移波導光柵的相移量為π。

更優選地，所述振動換能結構為片式基底結構，其振動最強處對應著所述相移波導光柵的π相移位置。

優選地，還包括泵浦光源、耦合器、相位解調模塊和探測器，所述泵浦光源用于發射泵浦激光，所述泵浦激光經過所述耦合器入射到所述芯片傳感器的相移波導光柵后產生超窄線寬激光，所述芯片傳感器的出射光射入外界待測氣體中，所述超窄線寬激光輸出頻率發生漂移再由所述相移波導光柵反射通過所述耦合器進入所述相位解調模塊，所述相位解調模塊用于將所述超窄線寬激光輸出頻率的漂移量轉化為輸出光信號強度的變化量，所述探測器用于接收所述輸出光信號強度的變化量并輸出外界待測氣體濃度信息。

更優選地，所述泵浦激光的頻率對應所述相移波導光柵的中心波長。

更優選地，所述相位解調模塊和所述探測器均集成在所述光波導上。

一種光聲光譜檢測芯片傳感器的制作方法，包括以下步驟：

(1)采用mocvd工藝在振動換能結構上生成光波導；

(2)采用UV光刻技術在光波導的導光層上刻寫相移波導光柵。