[发明专利]一种基于铌酸锂光波导的光波长探测器及其检测方法

说明书

本发明涉及一种基于铌酸锂光波导的光波长探测器及其检测方法，光波长探测器包括铌酸锂体材料、非对称马赫‑曾德尔干涉仪光波导结构和两个共面电极；铌酸锂体材料上设置有非对称马赫‑曾德尔干涉仪光波导结构，非对称马赫‑曾德尔干涉仪光波导结构包括输入端、长干涉臂、短干涉臂和输出端，且两个共面电极分别设置在短干涉臂或长干涉臂的两侧；通过改变共面电极施加的电压，来改变输出光强，输出光强最大时对应的电压即为待测光的特征电压，待测光的波长由特征电压求出，且待测光的波长与特征电压之间为线性关系。该光波长探测器是基于半导体光波导的器件，结构紧凑，尺寸小，外围电路集成化后可实现手持，且抗震性强。

技术领域

本发明涉及一种基于铌酸锂光波导的光波长探测器及其检测方法，属于光波长探测技术领域。

背景技术

光波长检测广泛应用于科研和生产：如现在桥梁应力、电力柜温度等广泛使用的光纤光栅传感领域中，主要就是靠检测光纤光栅返回的波长来测定目标参数；依靠光谱来检测目标成分的过程中更是直接依赖于波长的检测结果。

目前检测光波长的主流方法是依靠高精度分光计将不同波长的光反射至CCD的不同位置，由这个位置信息可推算出中心波长。此方法的缺点是设备体积大，整体设备一般为40-60厘米宽、30-40厘米高、40-50厘米深，重量约为5-10公斤，无法实现手持。而在实际应用中，对于野外作业和众多户外测量维修，手持设备的需求量是非常大的，目前高精度分光计的方案无法满足此类需求。

此外，高精度分光计与CCD之间为自由光路，需对一组透镜、高精度光栅做高精度对准，设备的抗震动特性较差，在航天航海或其他一些震动较强的领域具有较大的局限性。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于铌酸锂光波导的光波长探测器，该光波长探测器的光学芯片只有几厘米，可实现手持；且光波长探测器由光纤封装，没有自由光路，抗震性强。

本发明同时还提供了基于铌酸锂光波导的光波长探测器的检测方法，该方法利用铌酸锂的电光效应与波导有效折射率线性变化这一特点来实现，通过扫描不同电压，得到最大光强度时的对应的特征电压，待检测光波长由这个特征电压求得，并且电压与检测到光波长的关系是线性的。

本发明的技术方案为：

一种基于铌酸锂光波导的光波长探测器，包括铌酸锂体材料、非对称马赫-曾德尔干涉仪光波导结构和两个共面电极；

铌酸锂体材料上设置有所述非对称马赫-曾德尔干涉仪光波导结构，非对称马赫-曾德尔干涉仪光波导结构包括输入端、长干涉臂、短干涉臂和输出端，输入端的两个输出端口分别与长干涉臂、短干涉臂的一端相连接，长干涉臂、短干涉臂的另一端分别与输出端的两个输入端口相连接；且所述两个共面电极分别设置在所述短干涉臂或长干涉臂的两侧；

待测光经过输入端分别耦合到长干涉臂和短干涉臂中，并分别经过输出端耦合输出；通过改变共面电极施加的电压，来改变输出光强，输出光强最大时对应的电压即为待测光的特征电压，待测光的波长由特征电压求出，且待测光的波长与特征电压之间为线性关系。

本发明基于非对称马赫-曾德尔干涉仪光波导结构，待测光经过输入端分别耦合到长干涉臂和短干涉臂中，通过对两个共面电极施加一定范围的电压值，改变短干涉臂的有效折射率，从而改变长干涉臂与短干涉臂的光程差，光程差的改变造成两臂的相位差改变，由公式P_out表示非对称马赫-曾德尔干涉仪光波导结构中输出端的输出光强，P_in表示非对称马赫-曾德尔干涉仪光波导结构中输入端的输入光强，得出器件的输出光强得到变化，由于相位与光程差的关系是线性的，光程差与折射率变化是线性的，折射率变化与施加电压是线性的，因此由最大输出光强对应的电压值求得出被检测光的波长。

根据本发明优选的，长干涉臂和短干涉臂的长度差为1～1000μm；