[发明专利]一种基于微纳光波导倏逝场耦合效应的微位移传感器

说明书

本发明属于位移传感器技术领域，具体涉及一种基于微纳光波导倏逝场耦合效应的微位移传感器，包括位移传感模块和信号处理模块；所述位移传感模块包括光源、微纳波导、探测器，所述微纳光波导由三根波导组成，以串联平行排布的方式置于低折射衬底上，互相间可以实现高效的倏逝场耦合；所述信号处理模块，包括放大电路、整形电路、细分电路、A/D转换器、单片机处理电路等。本发明与现有光学微位移传感器相比，采用了横向尺寸仅为100nm量级的微纳波导作为主要光学元件，结构紧凑、体积减小，有利于此类器件的微型化与集成化。本发明用于微位移的测量。

技术领域

本发明属于位移传感器技术领域，具体涉及一种基于微纳光波导倏逝场耦合效应的微位移传感器。

背景技术

随着机械制造、计量科学、材料科学等学科的迅猛发展，高精度微位移测量技术日益受到人们的关注，并在微电子系统、微光子系统、精密机械与仪器等领域得到越来越广泛的应用。光学微位移传感器由于具有相应速度快、不受电磁干扰、非接触无损伤、灵敏度高等优点，因而成为高精度微位移传感器的重要发展方向。

目前，光学微位移传感器主要利用光学干涉、衍射等原理，基于分光棱镜(一种高精度激光微位移传感和定位方法及装置，CN103712562 A)、光子晶体(微位移传感器，CN100582653 C)、光栅(CN106524921 A)等光学结构，并取得了良好的应用。但是，受限于工作原理，现有光学微位移传感通常结构复杂、体积较大(光路尺寸1–10cm量级)，不利于微位移传感器进一步向集成化、微型化方向发展。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种结构简单、体积小、精度高的基于微纳光波导倏逝场耦合效应的微位移传感器。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于微纳光波导倏逝场耦合效应的微位移传感器，包括位移传感模块、信号处理模块，所述位移传感模块包括基座、衬底、滑轨、滑动基底、微纳光波导、光源、探测器，所述基座的上方设置有衬底，所述基座的中部设置有滑轨，所述滑轨上设置有滑动基底，所述微纳光波导包括输入波导、位移波导、输出波导，所述位移波导固定在滑动基底上，所述输入波导和输出波导固定在衬底上，所述输入波导、位移波导、输出波导通过串联形式平行排布，所述输入波导的一端设置有光源，所述探测器包括第一探测器和第二探测器，所述输入波导的另一端连接有第一探测器，所述输出波导的终端连接有第二探测器，所述第一探测器和第二探测器均连接有信号处理模块。

所述光源采用LD或LED，所述光源发出的光为输出光，所述输出光的波长在500–1550nm范围内，所述输出光通过微纳光纤或透镜耦合入输入波导，所述输出光的耦合效率大于70％，所述输出光的光谱半高宽小于10nm。

所述输入波导、位移波导、输出波导之间的间距不超过50nm。

所述微纳光波导可采用圆形波导或矩形波导，所述圆形波导的直径为200–800nm，所述矩形波导的宽度为200–800nm，所述矩形波导的高度不超过500nm，所述微纳光波导在工作波长处的光学传输损耗小于1dB/mm。

所述基底采用MgF₂基底或蓝宝石基底。

所述信号处理模块包括放大电路、整形电路、细分电路、A/D转换器、单片机处理电路，所述放大电路通过导线与探测器连接，所述放大电路通过整形电路与细分电路连接，所述细分电路通过A/D转换器与单片机处理电路连接。

本发明与现有技术相比，具有的有益效果是：

本发明采用横向尺寸100nm量级的微纳光波导为核心光学部件，利用微纳光波导的倏逝场耦合效应，实现高精度的微位移传感；相比现有基于光栅、光子晶体、分光棱镜等的光学微位移传感器，具有结构简单、体积小巧的优点，有利于实现此类器件的集成化与微型化，可以应用于微光机电系统等相关领域。

附图说明