[發明專利]一種分時校準頻漂的激光測振光學集成芯片及方法

在審

• 申請號: 202210576611.5
• 申請日: 2022-05-25
• 公開（公告）號: CN114935397A
• 公開（公告）日: 2022-08-23
• 發明（設計）人: 郝文良;呂韜;龔攀;朱軍;俞本立
• 申請（專利權）人: 安徽至博光電科技股份有限公司
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種分時校準頻漂的激光測振光學集成芯片及方法，屬于光電通信技術領域。包括激光器、集成光學芯片、數據處理模塊、激光器驅動和發射透鏡；所述集成光學芯片包括耦合器一、分束器一、相移器一、混頻器、馬赫曾德爾結構、合束器二、合束器一和耦合器二。通過片上分束器進行直接分束，集成度更高，無需光纖等其它額外器件更利于封裝，利于整個系統的體積小型化；可通過對激光器頻漂做“時分復用”，無需額外分束進行頻漂計算和補償，有利于降低系統功耗；無需額外混頻器或干涉光路等進行激光器頻漂補償，進一步降低芯片尺寸，從而達到功耗低、體積小、集成度高、成本更低，同時實現激光器的頻漂分時校準的技術效果。

技術領域

本發明涉及光電通信技術領域，特別是一種分時校準頻漂的激光測振光學集成芯片及方法。

背景技術

振動特性分析是鑒別可靠性的重要手段，而對于不同的監測目的應利用不同的傳感技術。 最常用的振動傳感器是加速度傳感器，它的成本低、可靠性高，但是屬于接觸測量，必須附著在待測物體的表面，每個監測點需一個加速度傳感器，而且只有進行精確標定才能進行絕對測量。此外，加速度傳感器的標定還易受環境溫度變化的影響，不可避免的機械共振限制了測量帶寬。微聲器或其它聲傳感元件雖屬非接觸測量，但仍不能消除機械共振對帶寬的影響，而且環境噪聲或非監測部分發射的噪聲有可能湮沒有用的信號。隨著激光和光纖技術的迅速發展，現在有可能設計出一種新型的閉合光路激光多普勒振動傳感器，以克服有振動傳感器的固有缺點，擴大應用范圍，其中包括地震孕育階段的基巖微破裂探測，這種極其微小的振動是難以探測的。

激光多普勒測振系統將激光光束照射在粗糙目標表面，通過檢測回波光束與本振光束之間的相位差異來分析目標振動所產生的多普勒頻率調制信息，從而獲得目標振動的位移、速度等物理量。這種傳感器是一種非接觸測量儀器，因為沒有質量耦合，傳感器對物體的振動特性沒有影響。此外，這種傳感器沒有機械運動部分，消除了限制測量帶寬的固有共振。

專利申請號201911284902.1采用片上延遲干涉儀和混頻接收方法對激光器波長漂移進行補償，但該專利未闡述芯片內部的具體結構方式，且延遲干涉儀通過波導與片外激光連接，集成度不高，片外需要對延遲干涉儀進行光路耦合，增加了系統集成工藝步驟并且體積依舊會較大。

此外，片上延遲干涉儀需要經過激光器分束，即該方法等價的提高了激光器所需要的總功耗，同時也提高了“相干檢測光路”部分的相對強度噪聲。

現有的激光多普勒振動檢測設備普遍以自由空間光路或光纖光路傳輸為基礎進行設計與生產，均采用分立光學晶體器件或光纖光學器件搭建邁克爾遜干涉儀或馬赫曾德干涉儀結構，體積龐大，成本較高，并且通常為了達到高靈敏度和精確度需要采用窄線寬的激光器提高系統相干長度，進一步提高了系統的成本。

此外目前的激光多普勒測振設備在長期工作過程中，激光器的工作波長會隨時間產生漂移，影響了系統的精確度。

為解決當前高精度的激光多普勒測振設備體積龐大、成本高的問題，本發明激光器輸出的光通過片上分束器進行直接分束，集成度更高，無需光纖等其它額外器件更利于封裝，利于整個系統的體積小型化；可通過對激光器頻漂做“時分復用”，無需額外分束進行頻漂計算和補償，有利于降低系統功耗；無需額外混頻器或干涉光路等進行激光器頻漂補償，進一步降低芯片尺寸，從而達到功耗低、體積小、集成度高、成本更低，同時實現激光器的頻漂分時校準的技術效果。

發明內容

針對上述問題，提供一種分時校準頻漂的激光測振光學集成芯片，其特征在于：包括激光器、集成光學芯片、數據處理模塊、激光器驅動和發射透鏡；所述集成光學芯片包括耦合器一、分束器一、相移器一、混頻器、馬赫曾德爾結構、合束器二、合束器一和耦合器二。通過片上分束器進行直接分束，集成度更高，無需光纖等其它額外器件更利于封裝，利于整個系統的體積小型化；可通過對激光器頻漂做“時分復用”，無需額外分束進行頻漂計算和補償，有利于降低系統功耗；無需額外混頻器或干涉光路等進行激光器頻漂補償，進一步降低芯片尺寸，從而達到功耗低、體積小、集成度高，同時實現激光器的頻漂分時校準的技術效果。