[發明專利]一種基于微波光子測量結合光學測量的溫度傳感系統

有效

• 申請號: 202110942016.4
• 申請日: 2021-08-17
• 公開（公告）號: CN113776687B
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發明（設計）人: 于源;崔帥;徐落秋;張新亮
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01K11/00
• 分類號: G01K11/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 王穎翀

1.一種基于微波光子測量結合光學測量的溫度傳感系統，其特征在于，包括：激光光源、寬譜光源、偏振分束器、依次連接構成環路的相位調制器、光學濾波器、偏振合束器、放大器、級聯微環諧振器和光電探測器；

所述激光光源發出的光依次經由相位調制器和光學濾波器進行調制和濾波后，得到單邊帶調制信號，并傳輸至偏振合束器；所述寬譜光源發出的光經由偏振分束器得到線偏振光，并傳輸至偏振合束器；所述單邊帶調制信號和線偏振光由偏振合束器合束后，依次傳輸至放大器和級聯微環諧振器；

所述光電探測器的輸入端與級聯微環諧振器的直通端連接，用于將所述級聯微環諧振器的直通端輸出的光信號轉換為所述微波信號，并反饋至所述相位調制器，以對所述激光光源發出的光進行調制；

所述級聯微環諧振器包括第一微環和第二微環；所述級聯微環諧振器的下載端為光學測量端口，用于測量波長變化值；所述第一微環的直通端為微波光子測量端口，用于測量頻率變化值；基于所述波長變化值和頻率變化值獲取待測溫度變化值；

波長變化值Δλ_res、頻率變化值Δf與待測溫度變化值ΔT滿足以下關系式：

其中，DR為微波光子測量的溫度變化范圍，S_f為微波光子測量的靈敏度，S_λ為光學測量的溫度靈敏度。

2.如權利要求1所述的基于微波光子測量結合光學測量的溫度傳感系統，其特征在于，采用光譜儀測量所述級聯微環諧振器下載端的波長變化值。

3.如權利要求1或2所述的基于微波光子測量結合光學測量的溫度傳感系統，其特征在于，采用矢量網絡分析儀通過所述第一微環的直通端測量頻率變化。

4.如權利要求1所述的基于微波光子測量結合光學測量的溫度傳感系統，其特征在于，所述系統還包括第一偏振控制器、第二偏振控制器、第三偏振控制器和第四偏振控制器；

所述第一偏振控制器用于對所述激光光源發出的光的偏振態進行調整；

所述第二偏振控制器和第三偏振控制器分別用于對單邊帶調制信號和線偏振光的偏振態進行調整；

所述第四偏振控制器用于調節光進入級聯微環諧振器的耦合光柵前的偏振態，使耦合效率達到最大。

5.如權利要求1所述的基于微波光子測量結合光學測量的溫度傳感系統，其特征在于，所述第一微環為高Q值微環。

6.如權利要求1所述的基于微波光子測量結合光學測量的溫度傳感系統，其特征在于，所述第一微環和第二微環的自由頻譜范圍FSR₁、FSR₂之間的差值范圍為2-6pm。

7.如權利要求1所述的基于微波光子測量結合光學測量的溫度傳感系統，其特征在于，所述級聯微環的漂移方向與所述第一微環和第二微環的漂移方向相同。

8.如權利要求1所述的基于微波光子測量結合光學測量的溫度傳感系統，其特征在于，所述第一微環和第二微環的自由頻譜范圍FSR₁、FSR₂、靈敏度S₁、S₂、環長L₁、L₂、波導寬度W₁、W₂滿足以下關系式：

FSR₁FSR₂，S₁S₂，L₁L₂，W₁W₂。

9.如權利要求1所述的基于微波光子測量結合光學測量的溫度傳感系統，其特征在于，所述級聯微環諧振器包括硅、二氧化硅、鈮酸鋰、氮化硅中的任一種材料，所述級聯微環諧振器包括條波導、脊波導中的任一種波導結構。