[发明专利]波导干涉传感器

说明书

技术领域

本发明涉及波导传感器技术领域，更具体的说是一种用于波导传感的新型波导迈克尔逊干涉仪的结构。

技术背景

波导传感器以其固有的优点在工农业、生物和医学等各个领域获得了广泛的应用。最常用的调制方法是光强度调制、相位调制和频率调制三种方法。利用光相位调制来实现一些物理量的测量可以获得比较高的灵敏度，利用光频率调制来实现一些物理量的测量可以获得极高的灵敏度。不管用什么调制方式的传感器最终转换成相应波长的光强信号，这工作由干涉仪完成。常用的波导干涉仪有迈克尔逊(Michelson)干涉仪，马赫一曾德尔(Mach-Zehnder)干涉仪，萨格纳克(Sagnac)干涉仪，法布里一珀罗(Fabry-Perot)干涉仪。其中，迈克尔逊干涉仪设计优越于其它类型的干涉仪。首先具有使光束传导反向并重新返回光源的端面所允许将波导端放置于传感元件处而光电基本元件(例如激光器和检测器)可位于较远的位置。这与马赫一曾德尔结构成对比，在其结构中光学检测器必须位于在波导的远端。第二，由于在迈克尔逊型干涉仪中光束通过同一波导长度两次，与马赫一曾德尔干涉仪的单程设计相比，光路对干扰比其灵敏两倍。第三，迈克尔逊型干涉仪中整个长度分别是或可制成干涉灵敏，使双绕传感器设计与其它设计的短法布里一珀罗多通腔相比展示其改进的灵敏度。第四，由迈克尔逊结构产生的干涉图样具有好的正弦特性。其它类型的干涉仪结构导致更复杂的图样，它需要使用更复杂的信号处理算法以提供所希望的测量。

目前常用的迈克尔逊型干涉仪，在波导端面镀增反的多层介质膜或熔接波导光栅作为反射镜。首先这些反射镜实际使用时反射率不高。第二，由于不能保证两个反射镜完全相同的品质，光束通过反射镜有一定程度的相位和反射率不确定度变化。第三，长期使用，多层介质膜部分脱落或波导光栅退敏原因，其性能越来越劣化。第四，由于使用增反的多层介质膜或熔连接波导光栅，成本比较高。

发明内容

本发明目的在于提供低成本、两路反射处具有相同的相位变化和相同的反射率的全波导干涉传感器，为波导传感器技术提供一种新型迈克尔逊干涉仪结构，从而得到提高干涉对比度，提高测量灵敏度的效果。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：运用波导非线性环镜原理设计了一种用于传感测量的新型迈克尔逊干涉仪，基本结构为：选取马赫-曾德尔干涉仪的一个2X2波导耦合器分束比为1∶1，两个输出口熔用波导连接；或者直接用一小段波导(光纤)以中部卷过来制作分束比为1∶1的2X2的耦合器，再与另一个2X2耦合器连接构成。

本发明的工作原理：如图1所示，激光器①从左边输入光场振幅A，功率P＝|A|²，耦合器②的分束比1∶1，耦合器⑤的分束比1∶1，Mach-Zehnder干涉仪的两臂③、⑥长均为l，熔接耦合器⑤的两个输出口的波导长L。传感元件④单程相位变化为Δφ。波导传输常数β，波导损耗因子α，虚数单位j。

经Mach-Zehnder干涉仪的臂③输入耦合器⑤的光场为：A1=0.5AejΔφ+jβl+j0.5γl|A|2-αl/2]]>