[发明专利]基于环形微腔的微光纤电压传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用微光机电系统技术设计的微型传感器，具体为一种利用高Q值的环形微腔加工成的基于环形微腔的微光纤电压传感器。

背景技术

电压传感是光纤传感的一个重要应用，对于光纤电压传感器的研究始于20世纪70年代，在多年的发展中，人们提出了关于光纤电压传感器的多种模型及理论，将光纤电压传感器分为两大类：功能型和非功能型。功能型光纤电压传感器主要是利用线性压电元件或电致伸缩元件作相位调制器。非功能型光纤电压传感器是以电光晶体的线性电光效应来感测电压。

最早的光纤电压传感器要数法布里一拍罗光纤电压传感器，光纤电压传感器经过近三十多年的发展，已在理论上及技术上取得了很大的进展。就国内发展情况而言，北方交通大学研究的以BGO晶体的Pockels效应为基础，以DSP为信号处理芯片的非功能性光纤电压传感器^[1]，不仅可以实现有效值和瞬时值的实时输出，而且可以实现谐波分析；华中理工大学研究了无源光纤脉冲电压电场传感器^[2]，并且对光纤电压互感器暂态信号处理的原理进行了设计并进行了实验测试，证明已达到实用要求。国外研制的以BTO作为电光晶体的光纤传感器^[3]，通过让两个波长的光同时工作，实现了灵敏度的光可控性；另外一种以PZT陶瓷管的压电效应为基础的功能性光纤电压传感器^[4]，以干涉仪的频率输出作为有用信号，可以实现实时的信号重组；可用于SF6绝缘高压开关的光纤电压传感器^[5]采用全光纤结构，结构简单，有较高的可靠性。以上各传感器都是在庞大的光学光路系统或者繁杂的电路系统的基础上实现其功能的。近年来，随着高新技术的发展，各种高精尖设备功能日益增加，结构越来越复杂，传感器的应用越来越频繁，所以传感器体积小型化，微型化是一个必然趋势。传感器的体积微型高精度传感器在生物、医药、军事等很多领域的应用已成为研究热点。这类传感器可以探测某装置电压的微小变化，在微陀螺仪、微加速度计等方面有广阔的应用前景。

随着微机电系统(MEMS)技术的发展，MEMS微型传感器有着体积小、重量轻、响应快、功耗低、成本低、精度高、易于阵列化集成等优点，在生产、生活各领域中越来越得到广泛的应用。近来发展起来的高Q值平面环形微腔^[6、7]，典型值Q～1×10⁸，并可通过MEMS工艺不断完善进一步提高。利用MEMS工艺和高功率co₂脉冲激光器表面处理技术，能够实现sio₂平面环形微腔单元的制备。与锥形光纤耦合有利于泵浦光的耦合输入与受激激光的耦合输出，单模光纤具有的优越传输特性，有利于获得高品质光束。这种特性还未见有在微型传感器领域的应用。

参考文献：

[1]、“光纤电压传感器原理分析及其研制”，仪表技术与传感器，2000年06期。

[2]、“无源光纤脉冲电压电场传感器的研究”，《华中理工大学学报》，2000年第28卷，第9期。

[3]、“Electro-optic fiber sensor for amplitude and phase detection o f radio frequency electromagnetic fields”，Opt.Letts.vol.30，pp.427-429，2005.

[4]、“Piezoelectric-modulated optical fibreBragg grating high-volta ge sensor”，Meas.Sci.Technol.10(1999)777-782.

[5]、“Fiber-optic voltage sensor for SF6gas-insulated high voltage switch gear，Appl.Opt.，vol.38，pp.926-933，1999.

[6]、“Optical microcavities”，Nature，vol.424，pp.839-846，2003.

[7]、“Ultra-high-Q toroid microcavity on a chip”，Nature，vol.421，pp.925-928，2003.

发明内容

本发明为了解决高Q值环形微腔在传感器领域的应用的问题而提供了一种基于环形微腔的微光纤电压传感器。