基于線性濾波器和光電探測器的光纖傳感器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種基于線性濾波器和光電探測器的光纖傳感器。本實(shí)用新型包括寬帶光源、線性濾波器、光纖布拉格光柵、光電探測器、1×N光纖耦合器和2×1光纖耦合器。寬帶光源發(fā)出的寬帶光入射至線性濾波器進(jìn)行調(diào)制，線性濾波器的輸出連接至1×N光纖耦合器，在1×N光纖耦合器中叉分成N路，每一路的輸出均通過2×1光纖耦合器入射至光纖布拉格光柵，所述的光纖布拉格光柵處于待檢測的環(huán)境中，光纖布拉格光柵的反射信號經(jīng)由2×1光纖耦合器進(jìn)入光電探測器實(shí)現(xiàn)對當(dāng)前光纖環(huán)境參數(shù)的檢測。本實(shí)用新型將波長檢測轉(zhuǎn)換為光強(qiáng)度檢測，能夠避免使用昂貴的光譜儀器進(jìn)行光纖傳感，有效降低了成本。
【專利說明】基于線性濾波器和光電探測器的光纖傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于光纖傳感領(lǐng)域，特別涉及一種基于線性濾波器和光電探測器的光纖傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]光纖布拉格光柵是在光纖芯層中制作出周期性折射率變化以實(shí)現(xiàn)反射特定光波長(布拉格波長)性能的器件。由于這種折射率分布很容易受到應(yīng)力、溫度等的影響而發(fā)生變化，因此布拉格波長也會隨外界環(huán)境參數(shù)的變化而變化。一般地，相對布拉格波長漂移與應(yīng)力或者溫度的變化呈線性相關(guān)關(guān)系。因此，光纖布拉格光柵可以應(yīng)用于應(yīng)力、溫度等環(huán)境參數(shù)的直接檢測。
[0003]在一般的光纖布拉格光柵傳感器或傳感系統(tǒng)中,光譜儀通常被用來檢測布拉格光柵反射信號的波長，以此獲得布拉格波長的漂移，進(jìn)而根據(jù)其與應(yīng)力或者溫度等的變化的線性關(guān)系求得環(huán)境參數(shù)。但是這種手段并不是那么便攜，因為波長分辨率較高、對環(huán)境溫度等因素不敏感的光譜儀通常體積比較龐大，而且價格相當(dāng)昂貴，這也限制了以光譜儀作為分析手段的光纖布拉格光柵傳感器或傳感系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。如果能夠?qū)⒉ㄩL的檢測轉(zhuǎn)變成其他光信號參數(shù)的檢測，最為常見的如光強(qiáng)度的檢測，則能夠直接采用光電探測器實(shí)現(xiàn)光纖傳感。
[0004]硅光子學(xué)因為其與先進(jìn)的CMOS工藝的兼容性、器件的緊湊性、廉價的制造成本、優(yōu)越的性能等特性，被越來越多地應(yīng)用于光互聯(lián)、光路由和信號處理、長距離通信、光傳感以及生物醫(yī)療等領(lǐng)域。應(yīng)用硅光子學(xué)技術(shù)制作的片上集成無源器件如微環(huán)諧振器、馬赫曾德干涉儀、直接耦合器等在光通信及光傳感等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。
[0005]采用硅光子學(xué)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的微環(huán)諧振器等器件可以獲得在一定波段內(nèi)近似線性的濾波特性。因此可以采用片上集成芯片對信號進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)波長檢測與光強(qiáng)度檢測的等效關(guān)系，完成光纖傳感。
[0006]綜上，考慮利用片上集成線性濾波器和光電探測器來實(shí)現(xiàn)光纖傳感，能夠有效替代光譜儀，對于降低光纖布拉格光柵傳感的價格、拓寬其應(yīng)用范圍具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本實(shí)用新型的目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)的局限性，提供一種基于線性濾波器和光電探測器的光纖布拉格光柵傳感器，該傳感器通過線性濾波器將入射寬帶光源調(diào)制為光強(qiáng)度隨波長呈線性變化的入射信號，然后由光電探測器檢測出反射信號，進(jìn)而推得環(huán)境參數(shù)，相較于現(xiàn)有傳感器，具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單輕便，設(shè)備價格低廉的優(yōu)點(diǎn)。
[0008]本實(shí)用新型的目的通過以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0009]本實(shí)用新型包括寬帶光源、線性濾波器、光纖布拉格光柵、光電探測器、IXN光纖耦合器和2X1光纖耦合器。寬帶光源發(fā)出的寬帶光入射至線性濾波器進(jìn)行調(diào)制，線性濾波器的輸出連接至IXN光纖耦合器，在IXN光纖耦合器中叉分成N路，每一路的輸出均通過2X1光纖稱合器入射至光纖布拉格光柵,所述的光纖布拉格光柵處于待檢測的環(huán)境中，光纖布拉格光柵的反射信號經(jīng)由2X1光纖耦合器進(jìn)入光電探測器實(shí)現(xiàn)對當(dāng)前光纖環(huán)境參數(shù)的檢測。
[0010]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
[0011]1、本實(shí)用新型中線性濾波器采用片上集成技術(shù)實(shí)現(xiàn)，與現(xiàn)有CMOS技術(shù)兼容，具有結(jié)構(gòu)緊湊，性能優(yōu)越穩(wěn)定，價格低廉的優(yōu)勢。
[0012]2、本實(shí)用新型將波長檢測轉(zhuǎn)換為光強(qiáng)度檢測，能夠避免使用昂貴的光譜儀器進(jìn)行光纖傳感，有效降低了成本，并且增強(qiáng)了傳感系統(tǒng)的便攜性，拓寬了其應(yīng)用場合。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本實(shí)用新型裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2a是線性濾波器的俯視圖。
[0015]圖2b是線性濾波器的剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限于此。
[0017]如圖1所不,本實(shí)施例基于線性濾波器和光電探測器的光纖布拉格光柵傳感器，包括寬帶光源(如超輻射發(fā)光二極管寬帶光源(SLED)) 1、線性濾波器(Filter) 2、光纖耦合器(CoupIer)(包括I XN光纖稱合器3和2X I光纖稱合器4)、光纖布拉格光柵(FBG)5以及光電探測器(PD)6。其中，寬帶光源I通過光纖與線性濾波器2輸入端口連接；線性濾波器的輸出端口與I XN光纖耦合器3的輸入端口連接；1XN光纖耦合器3的N個輸出端口分別和光電探測器6的輸入端口一起與2X1光纖稱合器4的輸入端口連接；2X I光纖率禹合器4的輸出端口與光纖布拉格光柵5連接。
[0018]如圖2a和圖2b所示，本實(shí)施例所使用的線性濾波器采用常見的微環(huán)諧振器，包括直波導(dǎo)2-1、微環(huán)2-2，其中，波導(dǎo)芯層采用硅材料2-3，上下包層分別采用SU8聚合物2_4和二氧化硅材料2-5。
[0019]本實(shí)施例所述傳感器采用如下的傳感方法:通過將寬帶光源發(fā)出的寬帶光進(jìn)行調(diào)制形成光強(qiáng)度隨波長呈線性變化的入射光后，經(jīng)過置于待測環(huán)境中的光纖布拉格光柵反射后由光電探測器檢測反射信號的光強(qiáng)度；由不同光強(qiáng)度與不同波長信號 對應(yīng)的線性關(guān)系獲得反射信號的波長；根據(jù)反射信號的波長相對于光纖布拉格光柵中心反射波長的漂移與周圍環(huán)境參數(shù)的關(guān)系，獲取周圍環(huán)境的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)光纖傳感過程。
[0020]具體的，包括以下步驟:
[0021](I)將光纖布拉格光柵(FBG) 5置于待檢測環(huán)境中，開啟寬帶光源I ;
[0022](2)寬帶光源I發(fā)出的寬帶光經(jīng)過線性濾波器(Filter)2被調(diào)制成光強(qiáng)度隨波長線性變化的光信號，然后通過I XN光纖耦合器(Coupler)3分成N路，每一路分別入射到光纖布拉格光柵(FBG) 5處；
[0023](3)光纖布拉格光柵(FBG) 5的有效折射率因受到周圍環(huán)境參數(shù)的影響而發(fā)生改變，使反射信號波長相對于光纖布拉格光柵的本征反射波長有所漂移；[0024](4)反射信號經(jīng)由2X1光纖耦合器(Coupler) 4入射到光電探測器(PD) 6上，檢測出反射信號的光強(qiáng)度，通過不同波長的光信號與光強(qiáng)度的一一對應(yīng)關(guān)系推出反射信號的波長，再根據(jù)該波長相對于光纖布拉格光柵本征反射信號波長的漂移量反推出待測環(huán)境參數(shù)，實(shí)現(xiàn)光纖傳感檢測。
[0025]本實(shí)施例中，寬帶光源(如超輻射發(fā)光二極管寬帶光源(SLED)) 1、光電探測器(ro) IXN光纖耦合器3和2X I光纖耦合器4、光纖布拉格光柵(FBG) 5均為現(xiàn)有的成熟產(chǎn)品，而所需的線性濾波器可以采用先進(jìn)的商業(yè)化CMOS工藝制作，利用這些現(xiàn)有或可以輕易實(shí)現(xiàn)的產(chǎn)品具有的功能，構(gòu)建的本實(shí)施例所述系統(tǒng)，能夠避免使用傳統(tǒng)的光纖傳感系統(tǒng)中必須采用的光譜儀器，因此大大降低了傳感系統(tǒng)的成本，并有效減小了系統(tǒng)的體積，拓寬了其應(yīng)用范圍，具有較大的推廣應(yīng)用價值。
[0026]上述實(shí)施例為本實(shí)用新型較佳的實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本實(shí)用新型的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.基于線性濾波器和光電探測器的光纖傳感器，包括寬帶光源、線性濾波器、光纖布拉格光柵、光電探測器、I XN光纖稱合器和2X1光纖稱合器,其特征在于: 寬帶光源發(fā)出的寬帶光入射至線性濾波器進(jìn)行調(diào)制，線性濾波器的輸出連接至IXN光纖稱合器，在I X N光纖稱合器中叉分成N路,每一路的輸出均通過2X1光纖稱合器入射至光纖布拉格光柵，所述的光纖布拉格光柵處于待檢測的環(huán)境中，光纖布拉格光柵的反射信號經(jīng)由2X1光纖耦合器進(jìn)入光電探測器實(shí)現(xiàn)對當(dāng)前光纖環(huán)境參數(shù)的檢測。
【文檔編號】G01D5/353GK203785693SQ201420054532
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年1月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月28日
【發(fā)明者】何賽靈, 張森林, 周斌 申請人:浙江大學(xué)