[发明专利]基于少模氮化硅微环谐振器的折射率传感装置

说明书

一种基于少模氮化硅微环谐振器的折射率传感装置，该少模氮化硅微环谐振器包括若干个并列设置的波导单元，每个单元由单根用于输入输出的单模直波导和单个用于谐振的少模环形波导组成，单元内的直波导和环形波导置于同一平面上且不相接触，单元间的直波导互相平行，单根单模直波导的两端分别作为输入端和输出端。采用全通型微环谐振器的单根直波导和单个环形波导结构支撑至少一个模式，能够使透射光谱中产生对应基模和高阶模的谐振峰，不同模式的光场对折射率变化的漂移不同，因此可以利用这一特点进行折射率传感的测量。

技术领域

本发明涉及一种折射率传感领域的技术，具体涉及一种采用SOI方法制作的少模微环谐振器结构，利用波长检测方法进行传感检测的折射率传感器。

背景技术

折射率传感器是一种能够感知波导附近折射率的变化，并且将其转换为输出光学性质的变化的装置，按传感原理的不同分为强度检测和波长检测，前者是通过检测透射光谱中，折射率变化前后，同一波长处光强的变化进行传感检测的，这种方法所用的微环波导具有较高的品质因数，但是由于这种方法只能在谐振峰的附近检测，因此探测极限高，动态范围窄。波长检测方法是通过检测折射率变化前后，微环透射光谱中谐振峰位置的漂移量进行传感检测的，这种方法相比前一种，具有相对较大的探测范围，即波长漂移量在一个自由光谱范围内均可测到，若采用品质因数较高的器件，也可以得到较低的探测极限。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于少模氮化硅微环谐振器的折射率传感装置，采用全通型微环谐振器的单根直波导和单个环形波导结构支撑至少一个模式，能够使透射光谱中产生对应基模和高阶模的谐振峰，不同模式的光场对折射率变化的漂移不同，因此可以利用这一特点进行折射率传感的测量。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种少模氮化硅微环谐振器，包括：若干个并列设置的波导单元，每个单元由单根用于输入输出的单模直波导和单个用于谐振的少模环形波导组成，其中：单元内的直波导和环形波导置于同一平面上且不相接触，单元间的直波导互相平行，单根单模直波导的两端分别作为输入端和输出端。

所述的单模，即直波导仅支持一种模式；所述的少模，即环形波导支持2-4个传输模式。

本发明涉及一种基于上述少模氮化硅微环谐振器的折射率传感装置，包括：依次相连的扫频激光器、用于控制输出TE模式的偏振控制器、配置待测液体的上述少模氮化硅微环谐振器、聚焦机构、光电探测器、检测传感模块和信号发生器，其中：扫频激光器分别输出触发信号至信号发生器，偏振控制器通过单模聚焦组件光纤将扫频光耦合至少模氮化硅微环谐振器的单模直波导中并经环形波导谐振增强和输出，聚焦机构将单模直波导输出的扫频光聚焦后，通过光电探测器得到数字光电信号，由检测传感模块换算得到待测液体的精确折射率。

所述的待测液体滴加于上述少模氮化硅微环谐振器的表面。

所述的换算是指：由于微环附近折射率的细微改变，对波导外部不同模式光场的倏逝光产生影响，导致环内光场以及有效折射率的改变，从而改变微环透射谱中谐振波长的位置其中：Δλ为谐振波长的漂移量，λ为谐振波长，n_g为待测液体主轴折射率，Δn_eff为单模聚焦组件光纤的有效折射率；由于不同模式的倏逝光对于外界折射率变化的敏感度不同，因此不同模式对应的谐振波长位置的变化也不同。在透射光谱中，通过测量比较基模和高阶模谐振峰漂移的差值，可用于对微小折射率变化的精确测量。

附图说明

图1为本发明折射率传感装置示意图；

图2为少模氮化硅微环谐振器平面结构示意图；

图中：(a)为俯视图，(b)为侧视图；

图3为传感原理示意图；