[发明专利]一种基于双环谐振腔直通端级联的光学传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学传感器，尤其涉及一种基于双环谐振腔直通端级联的光学传感器。

背景技术

光学传感器广泛应用于食品安全，生物化学、环境监测和医疗健康等领域。光学传感器具有可直接探测生物分子反应，且不受电磁干扰、高灵敏度以及易于与光纤连接等一系列优势。基于SOI的集成光波导传感器，可以与CMOS工艺兼容，易于实现大规模生产，因此获得了广泛的研究。

环形谐振腔的谐振波长随着与环形波导接触的液体折射率变化而变化。将两个环形谐振腔下载端级联，形成游标效应，可以大大增加传感器的灵敏度。双环下载端级联的传感器可工作在强度探测模式，只需要宽带光源和探测器，避免了昂贵的可调谐激光器和高分辨率的光谱仪，在增大灵敏度的同时，降低了传感器的成本。但是这种传感器的输出光功率比较低，需要高功率的入射光源或者高灵敏度的功率探测器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于双环谐振腔直通端级联的光学传感器，通过调谐加热的金属电极使得第一个环形谐振腔与所述第二个环形谐振腔的光学长度相同，或者在宽带光源光谱范围内至少有一个相同的谐振频率，从而形成游标效应。当被测液体的折射率发生改变时，引起第二个环形谐振腔的有效折射率变化，从而使得第一个环形谐振腔与第二个环形谐振腔的谐振频率均不重合，因此输出光的功率会下降。通过测量输出功率的变化，可以获得被测液体折射率的变化信息。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于双环谐振腔直通端级联的光学传感器，包括宽带光源、直波导、第一个形环谐振腔、第二个环形谐振腔、探测器；所述第一个环形谐振腔通过直波导与所述第二个环形谐振腔级联；所述直波导的输入端与宽带光源相连接；所述直波导的输出端与探测器相连接；所述第一个环形谐振腔的波导表面有上包层，不与被测液体接触，是参考环形谐振腔；所述第二个环形谐振腔的波导表面与被测液体接触，是传感环形谐振腔；所述参考环形谐振腔旁边有用于加热的金属电极。

进一步地，通过调谐所述加热的金属电极，使得所述第一个环形谐振腔与所述第二个环形谐振腔的光学长度相同，或者在宽带光源光谱范围内至少有一个相同的谐振频率，从而形成游标效应。

本发明具有的有益效果是：本发明在使用廉价的宽带光源降低传感器成本的基础上，将环形谐振腔的直通端级联，在利用游标效应增大传感器灵敏度的同时，使输出功率大大增加，降低了对探测器性能的要求，进一步降低传感器成本。

附图说明

图1为本发明基于双环谐振腔直通端级联的光学传感器示意图；

图2为宽带光源的光谱图；

图3为传感环形谐振腔有效折射率变化δn时，传感器透射率变化示意图；

图4为传感环形谐振腔有效折射率变化δn，探测器接收到的归一化功率变化示意图；

图中，宽带光源1、直波导2、第一个形环谐振腔3、第二个环形谐振腔4、探测器5、被测液体6、加热的金属电极7。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

实施例

如图1所示，本发明提供的一种基于双环谐振腔直通端级联的光学传感器，包括宽带光源1、直波导2、第一个形环谐振腔3、第二个环形谐振腔4、探测器5；所述第一个环形谐振腔3通过直波导2与所述第二个环形谐振腔4级联；所述直波导2的输入端与宽带光源1相连接；所述直波导2的输出端与探测器5相连接；所述第一个环形谐振腔3的波导表面有上包层，不与被测液体6接触，是参考环形谐振腔；所述第二个环形谐振腔4波导表面与被测液体6接触，是传感环形谐振腔。所述参考环形谐振腔旁边有用于加热的金属电极7。

宽带光源1发出的光通过直波导2与第一个环形谐振腔3相耦合；不与第一个环形谐振腔3谐振的光，通过直波导2与第二个环形谐振腔4相耦合；不与第一个环形谐振腔3和第二个环形谐振腔4谐振的光，通过直波导2进入探测器5；被测液体6折射率的改变，引起第二个环形谐振腔4的有效折射率改变，进而改变了第二个环形谐振腔4的谐振频率，因此导致了探测器5接受到的光强度发生变化；传感器中除第二个环形谐振腔4与被测液体6接触外，其他区域均不与被测液体6接触。