[发明专利]一种基于双瓶状微型谐振腔的光学传感器

权利要求书

1.一种双瓶状微型谐振腔，其特征在于，包括：

两个回音壁模式光学微腔，所述两个回音壁模式光学微腔的轴线共线并且串联为一体；其中

所述两个回音壁模式光学微腔具有相同形状。

2.根据权利要求1所述的双瓶状微型谐振腔，其特征在于：

所述两个回音壁模式光学微腔的形状为瓶状，所述瓶状的轮廓沿轴向呈近似抛物线形变化；或者

所述两个回音壁模式光学微腔的形状为空心泡状、球状或空心球状。

3.根据权利要求1或2所述的双瓶状微型谐振腔，其特征在于：

所述两个回音壁模式光学微腔的材料是二氧化硅材料、高分子聚合物材料、半导体材料、和晶体材料中的任意一种或多种。

4.一种基于双瓶状微型谐振腔的光学传感器，其特征在于，包括：

根据权利要求1～3任意一项所述的双瓶状微型谐振腔；

激光器；

波导；以及

光学探测仪；其中，所述波导的一端与所述激光器相连，另一端与所述光学探测仪相连，并且所述波导与所述双瓶状微型谐振腔耦合，所述波导与所述双瓶状微型谐振腔的耦合点位于所述两个回音壁模式光学微腔的结合点的位置；

其中：

所述双瓶状微型谐振腔用于将通过所述波导与所述双瓶状微型谐振腔之间的耦合而进入所述双瓶状微型谐振腔的激光，在所述两个回音壁模式光学微腔中分别形成回音壁式光学谐振以得到用于所述光学传感器探测的谐振光谱；

所述波导用于接收所述激光器发射的激光，并通过所述耦合使激光进入所述双瓶状微型谐振腔，通过所述耦合获得所述谐振光谱，以及将所述谐振光谱输出至所述光学探测仪。

5.根据权利要求4所述的光学传感器，其特征在于，还包括：

偏振控制器，连接于所述激光器与所述波导之间，用于改变来自所述激光器发射的激光的偏振状态。

6.根据权利要求4所述的光学传感器，其特征在于：

所述波导与所述双瓶状微型谐振腔相接触；以及

所述谐振光谱的类型包括洛伦茨共振型、或法诺共振型。

7.根据权利要求4所述的光学传感器，其特征在于：

所述波导包括锥形光纤波导、倾角光纤波导、或者棱镜波导。

8.一种应用根据权利要求4～7中任意一项所述的光学传感器的探测方法，包括：

调整所述波导相对于所述双瓶状微型谐振腔的位置，以在所述双瓶状微型谐振腔的所述两个回音壁模式光学微腔中分别形成回音壁式光学谐振；

以所述两个回音壁模式光学微腔中的其中一个为参考腔、另一个为探测腔，在参考环境下对所述参考腔和所述探测腔的光学特性进行标定，获得所述参考腔和所述探测腔关系ΔM₂＝kΔM₁，其中：ΔM₁为所述参考腔在所述参考环境下的谐振光学参数相对于在标准环境下的谐振光学参数的偏移量；ΔM₂为所述探测腔在所述参考环境下的谐振光学参数相对于在所述标准环境下的谐振光学参数的偏移量，其中所述参考环境与所述标准环境仅温度不同；

在所述参考腔外敷隔离层后将所述双瓶状微型谐振腔置于探测环境中，获得所述参考腔在与所述探测环境隔离的状态下的光学谐振参数相对于在所述标准环境下的谐振光学参数的偏移量ΔM₃、以及所述探测腔在所述探测环境下的光学谐振参数相对于在所述标准环境下的谐振光学参数的偏移量ΔM₄；以及

基于ΔM＝ΔM₄-kΔM₃，获得所述探测环境的物理特性，其中，所述物理特性包括环境折射率、温度、压力、位移、化学物质、气体或液体溶度、纳米粒子、以及电磁场中的至少一个。

9.根据权利要求8所述的探测方法，其中，所述探测方法的探测机制包括：

谐振波长偏移、谐振频率偏移、谐振模式展宽或谐振模式分裂。

10.根据权利要求8所述的探测方法，其中，调整所述波导相对于所述双瓶状微型谐振腔的位置，包括：

将所述波导置于所述双瓶状微型谐振腔的所述两个回音壁模式光学微腔的结合点位置上。