[发明专利]基于光学微腔机械模式的检测系统、调试系统及传感器

说明书

本发明实施例公开了一种基于光学微腔机械模式的检测系统、调试系统及传感器。该检测系统包括激光发射装置、耦合波导、微腔、光电转换装置和数据处理装置；其中，耦合波导连接于激光发射装置与光电转换装置之间，用于提供倏逝场，并在倏逝场与微腔的回音壁模式发生临界耦合时，将激光耦合至回音壁模式，以激发微腔的机械模式；微腔与耦合波导之间具有至少一个接触点，用于为耦合波导提供支撑力；数据处理装置，用于在倏逝场与微腔的回音壁模式发生临界耦合后，确定微腔的机械模式的变化量，并通过该变化量确定待测物体信息，实现微腔为耦合波导提供一定程度的支撑，可以激发稳定的机械模式，从而压制实验噪声，得到更低的检测极限。

技术领域

本发明实施例涉及光学传感技术，尤其涉及一种基于光学微腔机械模式的检测系统、调试系统及传感器。

背景技术

光学传感具有非物理接触、非破坏、抗电磁干扰、感应传递速度快、检测对象多样和灵敏度高等一系列的优点，因而在化学分析、生物传感、温度检测、力学检测等领域都有重要的研究和实际应用价值。

目前，光学传感可以通过多种结构实现，以回音壁模式微腔为例对光学传感原理进行说明。在回音壁模式微腔结构中，将微腔置于耦合波导产生的倏逝场内，当倏逝场与回音壁模式发生临界耦合时，通过耦合波导可以将激光耦合到微腔的光学回音壁模式中。光压引起微腔材料的机械刚性发生变化，产生机械模式。由于微腔的机械模式与激光相对于光学回音壁模式的失谐，以及微腔的有效质量相关，若待测物体引起光学回音壁模式的模式移动，或者微腔的有效质量变化，则微腔的机械模式发生变化，通过机械模式的变化，可以得出待测物的信息。

然而，为了保证耦合波导与微腔的耦合效率，需要严格控制两者之间的距离。相关技术中，通常采用光纤锥作为耦合波导，由于光纤锥的尺寸是亚微米级别的，使得其极易受周围环境的影响，比如空气流动或温度变化等，导致光纤锥与微腔之间的距离发生变化，从而，影响激光与回音壁模式之间的失谐频率，进而，使微腔的机械模式产生波动，增加了实验噪声。

发明内容

本发明实施例提供一种于光学微腔机械模式的检测系统、调试系统及传感器，可以改善相关技术中的回音壁模式微腔的光学传感方案，降低实验噪声，以得到更小的检测极限。

第一方面，本发明实施例提供了一种基于光学微腔机械模式的检测系统，包括：激光发射装置、耦合波导、微腔、光电转换装置和数据处理装置；

所述激光发射装置，用于发射设定波长的激光，其中，所述激光的波长根据所述激光与所述微腔的回音壁模式之间的失谐频率确定；

所述耦合波导连接于所述激光发射装置与所述光电转换装置之间，用于提供倏逝场，并在所述倏逝场与所述微腔的回音壁模式发生临界耦合时，将所述激光耦合至所述回音壁模式，以激发所述微腔的机械模式；

所述微腔与所述耦合波导之间具有至少一个接触点，用于为所述耦合波导提供支撑力；

所述光电转换装置与所述数据处理装置电连接，用于将所述耦合波导内传输的光信号转换为电信号，并将所述电信号输出至所述数据处理装置；

所述数据处理装置，用于在所述倏逝场与所述微腔的回音壁模式发生临界耦合后，根据所述电信号确定所述微腔的机械模式的变化量，并通过所述变化量确定待测物体信息。

第二方面，本发明实施例还提供一种基于光学微腔机械模式的检测系统的调试系统，包括光谱仪、微腔位置调整装置以及上述第一方面所述的基于光学微腔机械模式的检测系统；

所述光谱仪通过分光器连接于所述耦合波导与所述光电转换装置之间，用于在所述倏逝场与所述微腔的回音壁模式发生临界耦合之前，确定并显示所述耦合波导内传输的激光的光谱，若根据所述光谱确定所述耦合波导内存在至少两种波长的激光，则输出调低功率的提示信息；