[发明专利]一种准分布式光纤布拉格光栅解调芯片及承载设备

说明书

本发明涉及一种准分布式光纤布拉格光栅解调芯片及承载设备，包括：来自宽谱光源的光经过环形器入射到准分布式光纤布拉格光栅传感器阵列，被反射回来的波长再次经过环形器入射到1×N阵列波导光栅中，每个FBGi反射的波长λi分别从阵列波导光栅的输出端i口出射，接着经过两个具有固定相位差π/2的马赫曾德干涉仪，最后由四个光电探测器对光功率进行测量，本发明独特设计的双MZI结构具有固定的相位差π/2，解调曲线也会有相应的移位，彼此弥补在非线性解调区域灵敏度低和精度低的问题，本发明可以解决MZI结构无法进行准分布式传感解调的问题以及有效弥补单个MZI在非线性区解调灵敏度低的问题。

技术领域

本发明涉及面向准分布式光纤光栅传感的光子集成解调芯片领域，尤其是一种准分布式布拉格光纤光栅解调芯片及承载设备。

背景技术

光纤布拉格光栅(FBG)是利用反射光中心波长随着温度或应变而变化的原理来进行信号的传感；相比传统的电子传感器，基于FBG的光纤传感器具有轻巧、多通道复用、抗电磁干扰和适用于极端环境的特点，被广泛用于航空航天、能源、结构健康检测和医疗智能诊断等领域。光纤光栅传感的两大核心组成是传感器和解调系统，传感器的设计和制备已经相对比较成熟，限制光纤光栅传感进一步广泛应用的主要问题是传感信号的解调。传统的光纤布拉格光栅解调设备大部分都是通过分立元器件组装，解调原理包括可调谐法布里-珀罗腔、衍射光栅配合CCD探测、波长可调谐激光器扫描和光频域反射等，基于分立器件组装的解调仪具有体积庞大、成本高、可靠性差和不易于集成的缺点。集成光子光纤光栅解调仪具有解调速度快、灵敏度高、可靠性高和不受电磁干扰等优点；相比于传统的由众多分立元件组成的解调仪，它可以集成光源、探测器和解调单元到几个毫米大小的芯片上来，大大降低了解调仪的成本和体积。目前，结合III-V族材料在有源器件（光源和探测器）方面优异的性能和硅基材料在无源器件（波导、阵列波导光栅、微环等）制作上小尺寸、低损耗的特点，利用III-V/Si混合集成技术，结合外围的信号采集处理电路，将光纤布拉格光栅解调仪的分立器件进行一个芯片级集成备受关注。目前基于集成光子解调的芯片方案主要有阵列波导光栅（AWG）、马赫曾德干涉仪（MZI）和微环谐振腔（MRR）三种结构。现有基于硅光电子集成的光纤光栅解调芯片，有用AWG结构的，利用AWG相邻通道之间的功率比来推算中心波长，基于AWG结构的解调芯片对AWG器件本身的性能（通道均匀性，通道间的串扰等）要求很高，因为硅光平台的工艺容差并不高，导致制作出性能优良的AWG并不容易，因此在硅光平台目前较难实现产品级的应用；现有基于硅光电子集成的光纤光栅解调芯片也有用马赫曾德干涉仪结构的，单个马赫曾德干涉结构本身的性能可以做的相当不错，但是它们只能针对单个光纤光栅进行解调，简单的串联或者并联并不能满足准分布式光纤光栅传感的需求。因此，研究基于硅光材料马赫曾德干涉结构的准分布式光纤光栅传感芯片近年来备受关注。

发明内容

为了解决硅光平台基于单个马赫曾德干涉结构的解调芯片线性范围不足以及无法满足准分布式光纤光栅传感需求的问题，本发明提供一种基于级联阵列波导光栅（AWG）和双马赫曾德干涉仪（double-MZI）结构的准分布式光纤光栅解调芯片，双MZI结构可以弥补解调线性范围不足的问题，级联AWG和MZI的结构可以同时对多个光纤布拉格光栅传感器进行解调，满足准分布式光纤光栅传感的需求。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：