[发明专利]基于马赫-曾德尔结构的硅基光波导温度传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种硅基光波导温度传感器，特别涉及一种基于马赫-曾德尔结构的硅基光波导温度传感装置。

背景技术

在温度传感领域，工业生产和日常生活主要采用接触式电传感器进行温度传感，如热电偶、热电阻等，但这些技术很难在高温、高压、高湿、高电磁干扰等恶劣环境中得到应用。同时在高温高湿或高腐蚀环境中，电传感本身会迅速老化损坏而根本无法对温度进行测量。基于光纤的高稳定性及耐高温、高压、高湿、强电磁干扰等优点，已经开发出多种光纤温度传感装置如布里渊散射温度传感器、拉曼散射温度传感器等。与光纤相比，硅基光波导本身固有耐高温、高压、强腐蚀性和抗干扰能力强等优点，可同样应用于恶劣环境中实现对温度的测量。

马赫-曾德尔结构作为光信号处理领域的基本结构，已广泛地应用在各种调制器和滤波器中。基于马赫-曾德尔结构的硅基光波导所构成的梳状滤波器，因其透射光谱随温度的漂移特性可应用于温度传感领域。

在如图2所示的典型马赫-曾德尔结构滤波器中，主要由分光比均为3dB的Y型光波导构成，两干涉臂的长度分别为L₁、L₂，其臂长差ΔL＝|L₁-L₂|，则该滤波器的透射光强P可表示为

P∝sin2nπλΔL]]>

其中n为传输介质折射率，λ为入射光波的波长。由上式可以看出，该滤波器的透射光谱是与传输介质的折射率n、两干涉臂臂长差ΔL有关的梳状光谱，如图3所示，其复用波长间隔Δλ、复用频率间隔Δf可分别表示为

Δλ=λ2nΔL]]>

Δf=cnΔL]]>

其中c为真空中光速。对于固定波长的入射光波，其透射光强仅与传输介质的折射率n和马赫-曾德尔结构的两干涉臂臂长差ΔL有关。基于硅基光波导折射率的温度敏感特性，可使得滤波器的透射光谱发生漂移，滤波器的透射光强也将随之变化，本发明即利用上述原理设计了一种基于马赫-曾德尔结构的硅基光波导温度传感器。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于马赫-曾德尔结构的硅基光波导温度传感器，能够精确测量待测环境温度，抗干扰能力强，适用于恶劣的环境和大范围的温度测量。

本发明提供一种基于马赫-曾德尔结构的硅基光波导温度传感器，是利用其透射光谱对温度的敏感性来实现对温度的传感，包括：

一激光器；

一Y型波导，该Y型波导的一端为入射波导，入射波导的一端有一第一正锥，该Y型波导的第一正锥通过光纤与激光器连接；

该Y型波导的另两端分为参考臂波导和传感臂波导；

该Y型波导的参考臂波导的一端有一第二正锥；

该Y型波导的传感臂波导的一端有一第三正锥；

一第一功率计，该第一功率计通过光纤与参考臂波导的第二正锥连接；

一马赫-曾德尔波导结构，该马赫-曾德尔波导结构接入传感臂波导的中间；

一第二功率计，该第二功率计通过光纤与传感臂波导的第三正锥连接。

其中所采用的激光器是DFB激光器或DBR激光器的单模激光器。

其中所述的第一正锥、第二正锥和第三正锥为正锥结构或倒锥结构。

其中Y型波导的分光比为3dB。

其中马赫-曾德尔波导结构的两臂长差为厘米量级。

其中第一功率计和第二功率计采用光功率计或光探测器。