[发明专利]一种基于马赫-曾德尔结构的折射率传感器及其检测方法

权利要求书

1.一种基于马赫-曾德尔结构的折射率传感器，其特征在于，所述传感器包括马赫-曾德尔结构，所述马赫-曾德尔结构包括输入分束器、长度不等的两个干涉臂、输出合束器，输入分束器的两个输出端分别与两个干涉臂的一端相连接，两个干涉臂的另一端分别与输出合束器的两个输入端口相连接；所述干涉臂包括芯层和包层，所述包层包围在所述芯层的外侧；在其中一个干涉臂上剥离掉部分包层，形成折射率感知区，折射率感知区用于检测液体或气体；当待测液体或气体注入到折射率感知区，会导致折射率感知区中干涉臂的有效折射率改变，进而引起器件输出光谱的中心波长的变化，并且折射率感知区中干涉臂的有效折射率的改变量Δn与中心波长的变化量Δλ是线性的，即Δλ＝Δn·L_s/M，L_s为折射率感知区中干涉臂的长度，M为衍射级数，M＝int(nΔL/λ₀)，int(·)表示向下舍入取整实数，λ₀为折射率感知区未检测气体或液体时，器件输出光谱的中心波长；ΔL为长干涉臂和短干涉臂的长度差；

所述输出光谱的中心波长为输出强度与输入强度比值最大时对应的波长；折射率感知区包含的波导长度越长，测量灵敏度越高；

两个干涉臂之间的长度差为1～500μm；

在干涉臂上剥离掉长度为1000-10⁶μm的包层,形成折射率感知区。

2.根据权利要求1所述的一种基于马赫-曾德尔结构的折射率传感器，其特征在于，两个干涉臂的横截面宽度均为1-10μm，横截面厚度均为1-10μm。

3.根据权利要求1所述的一种基于马赫-曾德尔结构的折射率传感器，其特征在于，芯层的折射率为1.45-1.51，包层的折射率为1.40-1.45。

4.根据权利要求1所述的一种基于马赫-曾德尔结构的折射率传感器，其特征在于，输入分束器为Y分支型或1分2型输入分束器，输出合束器为Y分支或2合1型输出合束器。

5.如权利要求1-4任一项所述的基于马赫-曾德尔结构的折射率传感器的检测方法，其特征在于，包括步骤如下：

(1)将宽谱光输入到所述基于马赫-曾德尔结构的折射率传感器，并使用光谱仪检测基于马赫-曾德尔结构的折射率传感器的输出光谱，得到待测气体为空气，折射率为n₀时，对应的器件的输出光谱的中心波长λ₀；

(2)将所述折射率感知区放入已知折射率为n₁的液体或气体中，将宽谱光通过基于马赫-曾德尔结构的折射率传感器，通过光谱仪检测折射率传感器的输出光谱，得到当前液体或气体下器件输出光谱的中心波长λ₁，从而完成器件的校准；

(3)将折射率感知区放入待测折射率为n₂的液体或气体中，将宽谱光输入到所述折射率传感器中，通过光谱仪检测所述折射率传感器的输出光谱，得到待测液体或气体对应折射率下器件的输出光谱中心波长λ₂；由式(V)计算得出待测折射率n₂，式(V)为：

6.根据权利要求5所述的基于马赫-曾德尔结构的折射率传感器的检测方法，其特征在于，宽谱光输出光谱的谱宽为40nm。