[发明专利]混合集成的光纤传感用光学器件

说明书

本公开提供一种混合集成的光纤传感用光学器件，包括：光收发单元，用于发射、探测传感光信号；3×1型PLC芯片，与所述光收发单元相连，用于传感光信号的耦合分光合束；Y分支型铌酸锂波导芯片，与所述3×1型PLC芯片相连，用于对传感光信号进行相位调制后输出；镜片组，与所述Y分支型铌酸锂波导芯片相连，用于对Y分支型铌酸锂波导芯片输出的传感光信号进行光斑及偏振态调整；2×1型PLC芯片，与所述镜片组相连，用于对经镜片组处理后的传感光信号进行分光合束后输出携带有待测传感信息的光信号，再返回所述光收发单元完成探测；半导体制冷器，用于进行精确温度控制；以及可伐合金管壳，用于进行封装和氮气密封处理。

技术领域

本公开涉及光纤传感和半导体技术领域，尤其涉及一种混合集成的光纤传感用光学器件。

背景技术

光纤传感器是前景广阔的传感与测量设备，具有体积小、重量轻、绝缘好、安全无源的特点，目前被验证比较成功的典型光纤传感器产品主要为以下几种：光纤陀螺、光纤光栅传感器、光纤电流电压传感器、光纤水听器、分布式光纤拉曼和布里渊传感器。

在光纤传感系统中，基本都有光学发射、调制、探测等功能的光学部件或组件，光纤传感系统的光路存在一些共性的问题，如：(1)很难进一步小型化：系统由分立元件构成，各自独自封装，因此系统体积大；(2)环境适应性和可靠性较差：光纤熔接点多、易于出现故障；(3)成本高，不利于工程化生产：每个分立元件都要与器件尾纤耦合，工序多且复杂、耦合效率低、系统重复性难以保证。研制光纤传感用集成光学器件有利于实现光纤传感器的小型化、标准化、低成本，有利于提高产品的可靠性。为了有效的解决以上问题，一个重要的技术途径就是采用光集成回路或光电子集成回路。

以光纤陀螺、光纤电流传感器为代表的光纤传感器为例，主要基于光纤干涉仪和相位调制解调的原理，光路上主要采用以超辐射发光二极管(SLD)为代表的宽谱光源，发射出基准光信号，采用铌酸锂电光相位调制器进行调制信号载波的产生，采用拉锥型光纤耦合器进行分光合光，采用光电探测器PIN管进行光学信号探测。目前光纤陀螺和光纤电流传感器主要由这些分立的单器件组合而成，连接方式由单模或保偏光纤熔接的方式，装配过程复杂，熔接可靠性差，工艺一致性很难保证，且不利于大规模生产和成本的降低。

公开内容

(一)要解决的技术问题

基于上述问题，本公开提供了一种混合集成的光纤传感用光学器件，以缓解现有技术中光纤传感用光学器件的连接方式由单模或保偏光纤熔接的方式，装配过程复杂，熔接可靠性差，工艺一致性很难保证，且不利于大规模生产和成本的降低等技术问题。

(二)技术方案

本公开提供一种混合集成的光纤传感用光学器件，包括：

光收发单元，用于发射、探测传感光信号；

3×1型PLC芯片，与所述光收发单元相连，用于传感光信号的耦合分光合束；

Y分支型铌酸锂波导芯片，与所述3×1型PLC芯片相连，用于对传感光信号进行相位调制后输出；

镜片组，与所述Y分支型铌酸锂波导芯片相连，用于对Y分支型铌酸锂波导芯片输出的传感光信号进行光斑及偏振态调整；

2×1型PLC芯片，与所述镜片组相连，用于对经镜片组处理后的传感光信号进行分光合束后输出携带有待测传感信息的光信号，再返回所述光收发单元完成探测；

半导体制冷器，用于进行精确温度控制；以及

可伐合金管壳，用于进行封装和氮气密封处理。

在本公开实施例中，所述光收发单元，包括：

SLD芯片，用于传感光信号的产生与发射；以及

光电探测器PIN芯片，用于传感光信号的探测，将光信号转换成电信号。