[发明专利]一种基于偏振干涉的铌酸锂晶体压力传感器及其应用

说明书

本发明涉及一种基于偏振干涉的铌酸锂晶体压力传感器，属于压力检测技术领域。该压力传感器包括单波长光源、依次连接的起偏器、LN晶体、检偏器和光功率计，压力检测时，压力接触检测区域为LN晶体。本发明的基于偏振干涉的铌酸锂晶体压力传感器制备简单，利用光弹效应来测量压力的大小，因而不会改变施力物体本身的性质，检测结果更精准；压力检测过程完全基于晶体的双折射特性和干涉效应，无电流产生，因此零功耗，节能环保。

技术领域

本发明涉及一种基于偏振干涉的铌酸锂(LN)晶体压力传感器及其应用，属于压力检测技术领域。

背景技术

传感技术是获取自然领域中信息的重要技术，是当今世界的前沿技术，令人瞩目，发展迅猛，被广泛的应用于生活和生产等各个领域。其中压力传感器作为最常用的传感器，广泛用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道、海洋等众多行业和领域。

目前在军事领域,比如航天器材、飞机等领域压力的控制及监测，海洋领域以及健康状态监测等领域,对压力传感器的性能提出更高的要求,尤其是为了满足社会需求,对压力传感器的精度、敏感度、稳定性等要求也越来越高，目前用于测量压力的传感器有光纤光栅压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器等，现如今，利用折射率变化来测量压力已成为一种趋势，由于它不易改变被测物质本身的性质以及损耗低等优势得到广泛应用。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种基于偏振干涉的铌酸锂晶体压力传感器及其应用，制备简单，利用光弹效应来测量压力的大小，因而不会改变施力物体本身的性质，检测结果更精准；压力检测过程完全基于晶体的双折射特性和干涉效应，无电流产生，因此零功耗，节能环保。

术语解释：

铌酸锂，英文名称是Lithium niobate，简称LN，属三方晶系，钛铁矿型(畸变钙钛矿型)结构，无色固体，具有钙钛矿型结构。

本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明提供一种基于偏振干涉的铌酸锂晶体压力传感器，包括单波长光源、依次连接的起偏器、LN晶体、检偏器和光功率计，压力检测时，压力接触检测区域为LN晶体。LN晶体为折射率敏感区域，也是压力接触检测区域，当外力发生变化时，偏振光对应的两个正交方向的折射率就会发生不同的变化，正交方向上偏振光传播速度不同，到达晶体/波导另一端的相位就会发生偏移，光功率值就会发生变化。通过检测光功率的偏移量，达到检测压力大小的目的。

优选的，所述铌酸锂晶体压力传感器还包括准直器，也叫光纤准直器，单波长光源进入准直器中进行耦合。所述LN晶体压力传感器无需半导体工艺，制备简单，LN晶体压力传感器整体为折射率敏感区域，由于LN晶体的光弹性效应，当有外力施加或者改变时，LN晶体中偏振方向的折射率发生改变，导致传播速度发生变化，引起两个方向的偏振光的相位改变量的差异，进而影响两个偏振光耦合后的输出光强，因此可以通过光强的改变可以实现检测压力大小的目的。

优选的，所述LN晶体上制备有LN波导，所述LN波导为LN高折射率区域，即折射率敏感区域，所述LN晶体为低折射区域，压力检测时，压力接触检测区域为LN波导区域。

基于偏振干涉的带有LN波导的LN晶体压力传感器检测原理与LN晶体压力传感器相同，波导取代准直器，具有限制单波长光在各向异性的传播路径的作用。

该压力传感器折射率敏感区域主要为LN波导部分，高折射率LN波导具有光弹性效应，当有外力施加或者改变时，LN波导中偏振方向的折射率发生改变，压力作用下不同偏振方向传播速度发生变化，引起两个方向的偏振光的相位改变量的不同，进而改变两个偏振光耦合后的输出光强，因此由光强的改变可以实现检测压力大小的目的。

优选的，所述LN晶体为长方体结构，但不限于长方体结构，可根据实际情况灵活调整。