[发明专利]基于光纤耦合诱导透明的传感结构、制作工艺和传感装置

说明书

本发明提供一种基于光纤耦合诱导透明的传感结构、制作工艺和传感装置；传感结构包括光纤，在光纤上包括输出直波导、输入直波导、第一谐振腔以及第二谐振腔，第一谐振腔为微环谐振腔，第二谐振腔为F‑P腔结构；其中，第一谐振腔位置固定，第二谐振腔宽度与输入直波导宽度相等，第二谐振腔末端设置有波纹膜片，第二谐振腔的纵向中轴线在第一谐振腔所处平面，第一谐振腔的横向中轴线与第二谐振腔的对称轴对称，将微环谐振腔和F‑P腔结构光学耦合连接，以用于光信号在微环谐振腔和F‑P腔结构内自由传导，光信号经第二谐振腔结构在光纤内部进行干涉耦合，经耦合区波导进入微环谐振腔内进行二次耦合，干涉耦合以及二次耦合视为两个一类的激发态。

技术领域

本发明涉及传感器制造技术领域，具体是一种基于光纤耦合诱导透明的传感结构、制作工艺和传感装置。

背景技术

光纤微位移传感是一种新型传感技术，它广泛使用于机械制造过程、生物工程领域以及测量力、电流、电压、加速度、折射率、水位等物理量。由于测定这些因素和装置在光通信、微纳传感探测以及环境监测中具有重要意义，所以对光纤微位移传感器的研究已经显得非常重要。目前典型的光纤微位移传感主要可分为谐振环传感和谐振腔传感两大类，由于光纤环形谐振器易于制作、成本低廉且特别适合于在易燃、易爆、空间受严格限制的或者受强电磁干扰的恶劣环境中应用。

现有的技术采用光纤环形谐振器实现微位移传感具有较大优势，但是谐振腔多采用基于等离子体诱导透明效应的金属腔结构，需要通过SPPs与光场之间相互作用以实现对光传播的主动操控。以上测量精度尚可，但其无法实现紧凑化，为适应高精度集成化发展，其测量技术由于本身属性的影响存在一定的局限性。

日前有提出将外延性光栅F-P型和微环谐振腔级联的方案，从而使其对比于以往的多微环谐振腔级联方式体积可以更小，从而减少成本，但是该方式的灵敏度仍然不够，商用还是存在部分限制性。

另一方面，诱导透明近年来被人们逐渐提出。电磁诱导透明即电磁波引发透明，其一般是用两束光同时照射到原子介质(如大量原子组成的气体)，使得其中一束光能够在与原子跃迁共振时通过原子介质而不产生吸收和反射的现象；等离子体诱导透明也称为类电磁诱导透明，其是类电磁诱导透明在等离子体方向的一种现象。耦合谐振腔诱导透明效应是通过耦合光学谐振腔的相干耦合实现类电磁诱导透明效应，这种光学微腔中的类电磁诱导透明效应在光信号延迟器、光缓存器等方面有潜在的应用价值。同时，对于不断朝着集成化、芯片化发展的集成光学来说，微腔又有着不可比拟的优势。在现有的对微位移/微应力的检测技术领域中，在将微腔的优势和基于光纤耦合透明诱导的传感技术相结合的实例几乎没有。

发明内容

为解决上述技术问题，以实现将光纤耦合透明诱导透明和微腔结合，本发明的目的是提供一种用于基于光纤耦合诱导透明的传感结构、传感器及传感装置。

首先，本申请实施例提供一种基于光纤耦合诱导透明的传感结构，传感结构包括多段光纤，在光纤上包括输出直波导、输入直波导，输出直波导、输入直波导之间还包括第一谐振腔以及第二谐振腔，第一谐振腔为微环谐振腔，第二谐振腔为F-P腔结构；其中，微环谐振腔位置固定，F-P腔结构宽度与输入直波导宽度相等，F-P腔结构末端设置有波纹膜片，F-P腔结构的纵向中轴线在微环谐振腔所处平面，微环谐振腔的横向中轴线与F-P腔结构的对称轴对称，将微环谐振腔和F-P腔结构光学耦合连接，以用于光信号在微环谐振腔和F-P腔结构自由传导，光信号经F-P腔结构在光纤内部进行干涉耦合，经耦合区波导进入微环谐振腔内进行二次耦合，干涉耦合以及二次耦合视为两个一类的激发态；在对称结构的情况下下，两个激发态相互影响，形成一个光谱；在外界影响下，微环谐振腔与F-P腔结构从对称位置变为不对称结构，微环谐振腔与F-P腔结构的两个激发状态通过不对称结构激发出两种模式的光信号，这两种模式之间的相互作用使光谱分裂成两个禁带，并在两个禁带间呈现透明窗口。

在该实施例中，第一谐振腔和第二谐振腔所对应的相邻谐振波长的间距不同，以使第一谐振腔与第二谐振腔均具有选频作用，并具有不同的自由光谱范围。