[發(fā)明專利]一種基于雙鏈式SNAP結(jié)構(gòu)微腔陣列的位移傳感系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2020-06-10
• 公開（公告）號: CN111895914B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 董永超;孫鵬輝;趙澤政;陳劍;王晗;王瑞洲
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02
• 代理公司: 廣東廣信君達律師事務(wù)所 44329
• 代理人: 江金城

本發(fā)明公開了一種基于雙鏈式SNAP結(jié)構(gòu)微腔陣列的位移傳感系統(tǒng)，該位移傳感系統(tǒng)主要包括可調(diào)諧激光器、偏振控制器、耦合波導(dǎo)、SNAP結(jié)構(gòu)微腔陣列雙鏈、位移裝置、光電探測器、以及計算機。可調(diào)諧激光器產(chǎn)生掃頻激光，經(jīng)偏振控制器和耦合波導(dǎo)進入雙鏈的SNAP結(jié)構(gòu)微腔，光電探測器獲取諧振譜并送入計算機處理。當(dāng)微腔移動時，基于單個SNAP結(jié)構(gòu)微腔的諧振譜特征實現(xiàn)半個SNAP結(jié)構(gòu)長度的位移傳感；每跨過半個SNAP結(jié)構(gòu)長度，通過依次切換使用雙鏈中的SNAP微腔產(chǎn)生的諧振譜，實現(xiàn)全范圍的位移傳感。該位移傳感系統(tǒng)可實現(xiàn)大量程位移的高精度傳感，且具有體積小、成本低和具備微結(jié)構(gòu)測量的優(yōu)勢。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學(xué)傳感技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于雙鏈式表面納米軸向光子(Surfacenanoscaleaxialphotonics,SNAP)結(jié)構(gòu)微腔陣列的位移傳感系統(tǒng)。

背景技術(shù)

近二十年內(nèi)，精密以及超精密加工技術(shù)得到飛速發(fā)展，比如超精密加工機床、光刻機等設(shè)備，在根本上都依賴于超精密位移測量設(shè)備的發(fā)展。超精密位移測量設(shè)備包括磁電式傳感、光電編碼器以及光柵尺測量系統(tǒng)等。其中磁電式傳感系統(tǒng)分辨率難以做到亞微米量級，且存在磁條不易于集成，漏磁等問題。光電式編碼器包括光電編碼器以及光柵尺，它們都是利用光電傳感方式來進行測量的，其問題在于制作成本比較高，體積較大，對實際環(huán)境要求較高等。SNAP結(jié)構(gòu)微腔作為一種高性能光學(xué)諧振腔，在高精度位移傳感領(lǐng)域?qū)l(fā)揮巨大的潛力。理論上它可以達到亞微米級精度，不易受外部電磁干擾，且其基于光纖制作，成本低廉，體積小，適用于一些微結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的高精度位移測量。然而，單個SNAP結(jié)構(gòu)微腔軸向尺寸有限，難以實現(xiàn)大量程位移傳感。因此，為了解決SNAP結(jié)構(gòu)微腔軸向測量范圍有限的問題，促進其在大量程位移傳感領(lǐng)域的應(yīng)用，需要研發(fā)一種新型的位移傳感方案和系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于雙鏈式SNAP結(jié)構(gòu)微腔陣列的位移傳感系統(tǒng)。

本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種基于雙鏈式SNAP結(jié)構(gòu)微腔陣列的位移傳感系統(tǒng)，主要包括可調(diào)諧激光器、偏振控制器、耦合波導(dǎo)、SNAP結(jié)構(gòu)微腔陣列雙鏈、位移裝置、光電探測器以及計算機。所述可調(diào)諧激光器與所述偏振控制器相連，所述偏振控制器與所述耦合波導(dǎo)相連，所述耦合波導(dǎo)與所述光電探測器相連，所述光電探測器的輸出端與計算機的數(shù)據(jù)輸入端口相連，所述表面納米軸向光子結(jié)構(gòu)微腔陣列雙鏈固定在所述位移裝置上，所述位置裝置設(shè)置在移動平臺上。

其中，所述可調(diào)諧激光器產(chǎn)生連續(xù)且波長可調(diào)諧的激光并輸入到光纖中，所述偏振控制器控制光纖中光波的偏振態(tài)，所述耦合波導(dǎo)將光纖中的光波通過倏逝場耦合進入兩條鏈的SNAP結(jié)構(gòu)微腔中，所述光電探測器用于將光信號轉(zhuǎn)化為電信號，所述SNAP結(jié)構(gòu)微腔陣列雙鏈是傳感系統(tǒng)的核心器件，用于產(chǎn)生諧振光波信號，所述位移裝置用于調(diào)整微腔陣列相對于耦合波導(dǎo)的位移，使得SNAP結(jié)構(gòu)微腔陣列相對于耦合波導(dǎo)產(chǎn)生移動，改變微腔與波導(dǎo)的耦合位置，以改變微腔內(nèi)諧振模式的Q值以及透過率。所述光電探測器在測量到諧振信號后輸入所述計算機內(nèi)部進行處理。

進一步的，所述耦合波導(dǎo)可以是微納錐形光纖、耦合棱鏡、集成光波導(dǎo)、研磨傾角光纖或者光纖光柵。

進一步的，所述微腔陣列上的每個SNAP結(jié)構(gòu)都是微腔，兩條鏈上SNAP結(jié)構(gòu)具有相同的軸向長度，SNAP結(jié)構(gòu)的縱向截面形狀可以是拋物線形、高斯曲線形或者梯形。

進一步的，兩條SNAP微腔陣列鏈平行放置，間距控制在1mm以上，軸向上錯開半個SNAP結(jié)構(gòu)長度的距離。

進一步的，所述兩條SNAP微腔陣列鏈之間的ERV不同，保證不同鏈產(chǎn)生的諧振模式在諧振譜上便于區(qū)分。

進一步的，所述耦合波導(dǎo)在工作過程中始終與SNAP結(jié)構(gòu)微腔陣列保持接觸。