[发明专利]一种基于平面光波导的光传感系统

说明书

【技术领域】

本发明涉及光传感领域，具体地涉及一种基于平面光波导的光传感系统。

【背景技术】

目前，光传感技术作为信息科学技术的一个重要分支，在光通信、工业过程控制、环境监测和国家安全等众多方面都有着十分重要的应用。光传感技术可以解决电传感技术存在的灵敏度低、易受干扰、感应时间较长、检测某些化学气体不安全等方面的问题；相比之下，光传感器具有灵敏度高、体积小、抗电磁干扰能力强、便于集成、可在线检测等众多优点。因此在传感领域中，光传感占有越来越重要的地位。

近年来，作为传感器技术中十分重要的一员，光传感技术在许多应用领域得到了长足的发展，目前各种光传感器已广泛应用在各个行业。所谓光传感器就是以光为检测对象，将光信号转换成电信号的器件，通常是指紫外到红外波长范围的传感器，它是利用材料的光电效应制成的探测器，故也称为光电转换器。由于光传感技术具有灵敏度高、体积小、抗电磁干扰能力强、便于集成、可在线检测等众多优点，目前光传感器件在光通信、环境监测等各个领域中得到了广泛的应用和发展。

现有技术基于光波导的光传感器有环形波导式光传感器等多种类型。

环型波导式光传感器主要由一个环型波导(如微环谐振腔)和一个直波导构成，环型波导置于敏感原件感应待测量最有效的位置，当待测量作用于敏感原件时，敏感元件的相应变化会导致环型波导中光波的某些性质(如相位和强度)发生改变，最后通过检测直波导中输出光的变化便可知道待测量的变化情况。

如附图1所示为简单的单波导耦合光学谐振腔的结构，其通过直接耦合器把光耦合出来，再反馈到一个输出端。AO、Ai分别是输入端和输出端场强，Ar、Al分别为耦合进和耦合出环型谐振腔的能量，通过比较这几个参数的基本关系，便可以得出光学谐振腔的基本特性。

现有技术基于光波导的传感器已经发展了很长时间，除了环形波导式光传感器，目前应用中的该类传感器还有很多。但是由于结构设计和生产工艺等方面一直没有重大突破，该类传感器一直受到光学器件尺寸和材料的限制，这类光传感系统的制备往往需要复杂的加工工艺流程(如光刻、电子束刻蚀或者纳米压印技术)且难以同时集成复杂的光电性能在单一芯片上。

【发明内容】

本发明所要解决的技术问题是提供一种在单一芯片上同时集成了光电性能的基于平面光波导的光传感系统。

本发明实现发明目的采用的技术方案是，一种基于平面光波导的光传感系统，包括集成设置在CMOS芯片上的光传感器和与所述光传感器连接的运算电路，所述光传感器由传感单元阵列而成，所述传感单元包括平面光波导、耦合光栅和PN结，所述耦合光栅将所述平面光波导输出的光信号耦合至所述PN结，所述PN结与所述运算电路连接。

作为实施例之一，所述平面光波导为微环谐振腔。

优选地，所述PN结的最上层设置有一层绝缘层。

优选地，所述绝缘层为二氧化硅材料。

本发明的有益效果是：通过COMS工艺将平面光波导与光传感器集成在同一芯片上，具有结构简单，易于加工和大规模生产的优点。

【附图说明】

图1，单波导耦合光学谐振腔的结构示意图。

图2，本发明传感单元的结构示意图。

图3，本发明PN结与耦合光栅的结构示意图。

图中，100平面光波导、101单模光纤、200耦合光栅、300PN结、400绝缘层。

【具体实施方式】

本发明提供一种基于平面光波导的光传感系统，包括集成设置在CMOS芯片上的光传感器和与光传感器连接的运算电路，光传感器由传感单元阵列而成，所述传感单元包括平面光波导100、耦合光栅200和PN结300，所述耦合光栅200将平面光波导输出的光信号耦合至PN结300，PN结300与运算电路连接，运算电路对PN结300输出的信号进行计算得到待测量结果。