[发明专利]基于窄带隙半导体的光波长解调结构、解调方法及传感器

说明书

本申请涉及一种基于窄带隙半导体的光传感波长解调结构，当入射光信号波长发生改变时，由于不同波长的穿透能力不同，故穿过相同厚度的窄带隙半导体后所导致的第二电极检测到的第二电流I’’_ph值也不同。窄带隙半导体同时作为吸光材料和导电材料，利用两个表面的电极来测量光电流的大小，通过电流的比值，可以无需测量光线的强度，容易实现整个结构的小型化。

技术领域

本申请属于光子传感技术领域，尤其是涉及一种基于窄带隙半导体的光波长解调结构、解调方法及传感器。

背景技术

在新数字时代，光子技术的发展将迎来重要机遇。其中用来采集数据的光传感技术具有精度高、速度快、损耗低以及抗电磁干扰等特点。光传感系统包括传感和解调两个过程。传感过程是指外界参量（如温度、应变等）对光的强度、波长、相位等进行调制。而解调过程与传感过程相反，是将传感器反映的光参数的变化量和外界参量的变化相对应。目前，市场产品中比较常用的是强度调制型和波长调制型的传感器。强度调制型传感器的基本原理是外界参量引起传感器中传输光光强的变化，通过检测光强的变化来测量外界参量。但由于原理的限制，其易受光源波动，光路改变及环境因素影响，因此只能适用于低精度要求、干扰源较小的场合。波长调制型光传感器的基本原理是待测外界参量直接或间接作用于敏感部件，引起传感器中传输光的波长改变，进而通过测量光波长的变化来检测外界参量，此类传感器具有抗干扰、传输距离远、可复用等优点。

波长解调技术指的是指波长偏移量精确测量的技术。当被测对象发生改变时，波长调制型光传感器的反射波长会有相应的偏移，且波长偏移量与被测量的变化存在一定的比例关系。由此可知，通过监测光传感器波长的微小偏移量的解调器会直接影响整个传感系统的检测精度，即解调技术是光传感器传感实用化过程中面临的关键问题。以常见的光纤光栅传感器为例，其常用的波长解调过程中，使用的方法有衍射光栅法，法布里珀罗滤波器法，马赫曾德干涉仪法，可调谐波长激光器法，光纤光栅匹配法，CCD分光仪检测法等。但是，这些已有的波长解调方法存在多方面的不足：一、价格昂贵，不适用于普通的用户；二、其扫描速度较慢，对一些实时性要求高的场合不太适用；三、其体积较大，难以集成，不符合当下传感器件微型化的趋势。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为解决现有技术中的不足，从而提供一种能够实现小型化的基于窄带隙半导体的光波长解调结构、解调方法及传感器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于窄带隙半导体的光传感波长解调结构，包括：

窄带隙半导体，具有相对且平行设置的第一表面与第二表面，所述第一表面用于接收从光纤射入的所述第一表面的光线，所述窄带隙半导体的导电方向为平行于第一表面和第二表面的方向；

第一电极，为两个，位于第一表面，用于通过第一表面向窄带隙半导体施加电压以形成流过第一表面的第一电流I’_ph；

第二电极，为两个，位于第二表面，用于通过第二表面向窄带隙半导体施加电压以形成流过第二表面的第二电流I’’_ph；

第一电极与第二电极以窄带隙半导体的中轴线为对称轴对称设置，且第一电极与第二电极分别用于与电流传感器连接以分别测量得到第一电流I’_ph和第二电流I’’_ph。

优选地，本发明的基于窄带隙半导体的光传感波长解调结构，还包括计算模块，用于根据第一电流I’_ph和第二电流I’’_ph计算从光纤射入的光线波长λ=f(α)，α=-lnR/(Xβ)，其中R=I’_ph/I’’_ph；λ=f(α)表示波长λ与吸收系数α为函数关系，函数关系由窄带隙半导体本身性质决定，X为窄带隙半导体的有效厚度，β为功率指数，功率指数为窄带隙半导体的半导体材料本身的性质相关的常数。