[发明专利]一种高空间分辨率光学微球腔磁场传感系统

说明书

本发明提出了一种高空间分辨率光学微球腔磁场传感系统，本发明的信号发生器输出的两路信号中一路送入可调谐激光器的电压调谐端口，一路送入到示波器。可调谐激光器的发射端与隔离器的输入端连接，隔离器的输出端与衰减器的输入端连接，衰减器的输出端与光纤锥输入端之间的光纤上设置有偏振控制器。光纤锥输出的光场通过倏逝波耦合的方式进入微球腔内，腔内光场也可以经过光纤锥耦合输出至光电探测器的接收端，光电探测器输出的信号进入示波器，示波器输出的信号进入数据处理与显示系统。低折射率紫外固化胶将微球腔、光纤锥与磁致伸缩介质粘结在一起。本发明具备高空间分辨率、可探测低频磁场、低成本、低功耗、抗电磁干扰等优点。

技术领域

本发明涉及的是一种高空间分辨率光学微球腔磁场传感系统，具体涉及的是由磁致伸缩介质和光学微球腔构建的磁场传感系统，属于光学领域。

背景技术

目前生物磁场测量的手段主要是在低温下工作的超导量子干涉器件，最新出现的光学手段的磁力仪仍受限于空间分辨率。我们提出了一种基于光学微球腔的新型磁场探测方案，可以获得百微米量级的空间分辨率，同时兼具低成本和低功耗的优点，未来可能直接应用于生物磁场测量或监控区域内异常磁场探测。此外，它还能集成至光纤系统中、不受电磁干扰、且可进行远程探测。目前的生物磁场探测设备造价高昂，低温的工作条件使其体积庞大，在进行探测时无法适应不同的患者的需求，例如幼儿患者的脑磁探测，可能需要探测设备与人脑之间的距离可以调整，以便保证探测精度，又比如有些不适合移动的ICU患者，可能需要移动探测设备，做成头盔式可移动的设备会更实用。但是现有的超导量子干涉器件仍无法满足这些需求。我们设计了一种光学微球腔磁场传感阵列系统，具有百微米量级的空间分辨率，通过系统优化获得所需的探测灵敏度之后，可以满足这些实际探测需求。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种高空间分辨率光学微球腔磁场传感系统，可用于要求高空间分辨率和低频磁场探测能力的磁场探测领域。

一种高空间分辨率光学微球腔磁场传感系统，包括信号发生器、可调谐激光器、隔离器、衰减器、偏振控制器、光纤锥、磁致伸缩介质、微球腔、低折射率紫外固化胶、光电探测器、示波器、数据处理与显示系统；

所述的信号发生器输出的两路信号一路送入可调谐激光器的电压调谐端口，一路送入到示波器；可调谐激光器的光出射端与隔离器的输入端连接，隔离器的输出端与衰减器的输入端连接，衰减器的输出端与一个或多个光纤锥输入端之间的光纤上设置有偏振控制器；其中接多个光纤锥时，偏振控制器与多个光纤锥之间设有分光器件；每个光纤锥输出的光场通过倏逝波耦合的方式进入微球腔内，腔内光场经过每个光纤锥耦合输出至对应光电探测器的接收端，光电探测器输出的信号进入示波器，示波器输出的信号进入数据处理与显示系统。传感系统中可调谐激光器、隔离器、衰减器、偏振控制器、光纤锥、光电探测器之间的连接均采用光纤连接；光电探测器与示波器之间使用两端口通用的电学线缆连接；其中微球腔通过低折射率紫外固化胶固定在磁致伸缩介质上，所述的微球腔与磁致伸缩介质及光纤锥的位置是固定的，低折射率紫外固化胶的折射率值要保证光场在微球腔内传输；所述的光纤锥的锥区部分的截面直径为0.5-0.75的输入光波长；所述的微球腔与光纤锥始终处于耦合状态。

作为优选，所述的可调谐激光器的调谐范围要覆盖实验所需的探测范围，波段选用通讯波段，且与探测器的接收波段相匹配。

作为优选，所述的微球腔直径为80-500微米。

作为优选，所述的微球腔的材料为二氧化硅。

作为优选，所述的微球腔替换为柱状微腔或瓶状微腔，保证腔的空间的最大直径为80-500微米，且光源输出的光场在其内低损耗的传输，同时在腔外表面存在倏逝波。

作为优选，所述的磁致伸缩介质为Terfenol-D或其它的在磁场作用下能够伸缩的介质。

作为优选，所述的磁致伸缩介质的形状为平板、圆筒或头盔状。