[發明專利]一種基于SNAP微腔的位移傳感系統與位移預測方法

在審

• 申請號: 202211001569.0
• 申請日: 2022-08-19
• 公開（公告）號: CN115388781A
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發明（設計）人: 董永超;王杰波;李勇康;曾學良;王晗
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 劉俊

1.一種基于SNAP微腔的位移傳感系統，其特征在于，包括：激光器(1)、偏振控制器(2)、耦合波導(3)、光纖微腔(4)、位移裝置(5)、光電探測器(6)和計算機(7)；

所述耦合波導(3)設有入射端和出射端，入射端和出射端相對設置；所述偏振控制器(2)的一端與激光器(1)的輸出端連接，偏振控制器(2)的另一端與耦合波導(3)的出射端連接；所述光電探測器(6)的一端與耦合波導(3)的入射端連接，光電探測器(6)的另一端與計算機(7)連接；

所述光纖微腔(4)橫向設置在耦合波導(3)的出射端與入射端之間，使激光器(1)發出的激光從耦合波導(3)的出射端射出穿過光纖微腔(4)后射入耦合波導(3)的入射端，耦合波導(3)中的部分激光通過倏逝波耦合進入光纖微腔(4)；

所述光纖微腔(4)的兩端固定設置在位移裝置(5)上，位移裝置(5)帶動光纖微腔(4)沿軸向往復移動；

所述光纖微腔(4)包括依次貫通連接的第一連接光纖(41)、SNAP微腔(42)和第二連接光纖(43)；在光纖微腔(4)沿軸向的縱截面上，所述SNAP微腔(42)上表面兩端鏡像設置凸起部，包括第一凸起部(421)和第二凸起部(422)；SNAP微腔(42)的下表面與上表面關于光纖微腔(4)的軸線對稱；所述SNAP微腔(42)的第一凸起部(421)與第一連接光纖(41)的一端連接，SNAP微腔(42)的第二凸起部(422)與第二連接光纖(43)的一端連接。

2.根據權利要求1所述的一種基于SNAP微腔的位移傳感系統，其特征在于，所述耦合波導(3)為微納錐形光纖。

3.根據權利要求2所述的一種基于SNAP微腔的位移傳感系統，其特征在于，所述激光器(1)為可調諧激光器。

4.根據權利要求3所述的一種基于SNAP微腔的位移傳感系統，其特征在于，在所述光纖微腔(4)沿軸向的縱截面上，SNAP微腔(42)的上表面由以下函數確定：

f(x,s)＝sx^s-2(1+x^s)^-2[s-1-(1+s)x^s]

其中，Δr_eff(z)為SNAP微腔(42)的有效半徑變化；z為SNAP微腔(42)的軸向長度；L為SNAP微腔(42)中第一凸起部(421)和第二凸起部(422)之間寬度的x為中間變量；λ_c為激光器(1)發出激光的波長；n_r為SNAP微腔(42)的折射率；r₀為SNAP微腔(42)的初始半徑；s為形狀參數。

5.根據權利要求4所述的一種基于SNAP微腔的位移傳感系統，其特征在于，所述耦合波導(3)始終與光纖微腔(4)表面接觸。

6.一種位移預測方法，其特征在于，應用權利要求1-5任意一項所述的一種基于SNAP微腔的位移傳感系統，所述方法包括以下步驟：

S1：利用基于SNAP微腔的位移傳感系統獲取多組透過率比值參數及其對應的位移；

S2:將所述透過率比值參數與位移分別作歸一化處理，獲得歸一化透過率比值參數與歸一化位移；

S3:將所述歸一化透過率比值參數送入預置神經網絡模型進行預測得到預測位移；

S4:根據所述預測位移與歸一化位移設置損失函數；

S5:利用損失函數對預置神經網絡模型進行優化，獲得優化后的神經網絡模型；

S6：獲取待預測的透過率比值參數，利用所述優化后的神經網絡模型，獲得待預測的透過率比值參數所對應的位移。