[发明专利]基于片上光开关和延迟线阵列的傅里叶变换光谱仪

说明书

本发明公开了一种基于片上光开关和延迟线阵列的傅里叶变换光谱仪，包括光学分束器、马赫‑增德尔干涉仪、光学耦合器和光电探测器，光学分束器用于将输入光信号分配为第一光信号和第二光信号；马赫‑增德尔干涉仪包括第一臂、第二臂和光开关阵列，第一臂用于传送第一光信号，第二臂用于传送第二光信号，光开关阵列级联在第一臂和第二臂中的至少一个臂上，用于形成延迟光程差，实现从0、ΔL、2ΔL、3ΔL、到(2supgt;N/supgt;‑1)ΔL的光延迟控制；光学耦合器用于将第一臂传送的第一光信号和第二臂传送的第二光信号组合成干涉信号，光电探测器用于基于干涉信号的光学功率提供输出信号。本发明能实现大范围、高精度的傅里叶光谱移相控制，提高集成度和精度，减少芯片占用面积。

技术领域

本发明涉及光谱检测技术领域，更为具体来说，本发明为一种基于片上光开关和延迟线阵列的傅里叶变换光谱仪。

背景技术

光谱仪是用来检测光谱信息的仪器，是分析物质成分、结构和含量的强有力工具，在光学传感与检测领域比如气体检测、化学物质探测等有着较大的用处。传统的光谱仪的运作原理大致可以分为色散法和傅里叶变换法这两种。不管哪种方式，实现它都是需要复杂的结构以及不可避免的体积庞大。现有的光谱器件大部分都是由几何光学器件来制作，很难把体积缩小，而且容易受到外界震动等因素的影响，造成基准度上的偏差。

如果能够把光谱仪集成到一片芯片上，不仅能提高集成度和精度，还能增强器件的可靠性。

发明内容

为解决现有傅里叶变换光谱仪体积庞大、容易受外界影响、精准度低等问题，本发明提供了一种基于片上光开关和延迟线阵列的傅里叶变换光谱仪，在马赫-增德尔干涉仪(MZI)的两个臂上级联光开关阵列，来实现大范围、高精度的傅里叶光谱移相控制，所获得的光延迟量大大增加，提高集成度和精度，减少芯片占用面积。

为实现上述技术目的，本发明提供一种基于片上光开关和延迟线阵列的傅里叶变换光谱仪，包括光学分束器、马赫-增德尔干涉仪、光学耦合器和光电探测器，

所述光学分束器用于将输入光信号分配为第一光信号和第二光信号；

所述马赫-增德尔干涉仪包括第一臂、第二臂和光开关阵列，所述第一臂用于传送所述第一光信号，所述第二臂用于传送所述第二光信号，所述光开关阵列级联在第一臂和第二臂中的至少一个臂上，用于形成延迟光程差；所述光开关阵列包括N个光开关，N为正整数；所述光开关阵列的延迟光程差OL的表达式为：

其中，S(i)为光开关的开关函数，

ΔL为最小单位延迟光程；

所述光学耦合器用于将所述第一臂传送的第一光信号和所述第二臂传送的第二光信号组合成干涉信号；

所述光电探测器用于基于干涉信号的光学功率提供输出信号。

进一步地，所述光开关阵列级联在所述第一臂上，N个光开关依次排列在所述第一臂上；所述第一臂上设置有第一光学耦合器，用于组合第一臂上的第一光信号。

进一步地，所述第二臂上设有与所述第一臂上数量相同的光开关，用于平衡所述第一臂和所述第二臂的相位差；所述第二臂上设有第二光学耦合器，用于组合第二臂上的第二光信号。

进一步地，所述光开关阵列级联在所述第一臂和所述第二臂上，所述第一臂上设有依次排列的N个光开关，所述第二臂上设有依次排列的N个光开关，所述第一臂上的光开关和所述第二臂上的光开关位置一一对应。

进一步地，所述第一臂上设有第三光学耦合器，用于组合第一臂上的第一光信号；所述第二臂上设有第四光学耦合器，用于组合第二臂上的第二光信号。

进一步地，所述光开关为电光学切换方向耦合器。