專利名稱：一種基于有源諧振腔和與之級聯(lián)的無源諧振腔的光傳感器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光傳感器，尤其是涉及一種基于有源諧振腔和與之級聯(lián)的無源諧振腔 的光傳感器。
背景技術：
光傳感技術作為信息科學技術的一個重要分支，在工業(yè)過程控制、環(huán)境監(jiān)測、食品 安全和國家安全等方面有著十分重要的應用。光傳感技術可解決電傳感技術存在的靈敏度 低、易受干擾、感應時間較長、檢測某些化學氣體不安全等方面的問題。光傳感器具有靈敏 度高、體積小、抗電磁干擾能力強、便于集成、可在線檢測的優(yōu)點，在傳感領域占有越來越重 要的地位。光波導傳感器件的基本原理是基于光纖或平面波導的界面/表面所出現(xiàn)的倏逝 波，由于倏逝波透出波導的表面(接觸待測物質(zhì))并返回波導中，從而影響波導中傳輸光的 特性，因此探測波導中傳輸光的變化可實現(xiàn)光傳感。如圖 1，K. De Vos 等人在文獻"Silicon-on-Insulat or microring resonator forsensitive and label-free biosensing，，，Optics Express 15，pp. 7610-7615 (2007)。 中提出利用環(huán)形諧振器作為光波導傳感器的方案，環(huán)形諧振器是光諧振腔的一種，由于其 具有比較尖銳的濾波譜線，用作傳感器靈敏度較高，因此受到了廣泛關注。K. De Vos等人方 案的缺點在于需要一個價格昂貴的光譜儀來測量透射峰的波長移動，其測量精度與光譜儀 的精度直接相關。如果用測量透射峰附近某個固定波長光能量變化的方法，則需要一個窄 線寬的單模激光器作為光源，而且激光器的波長要與諧振環(huán)的透射峰有精確的相對位置， 而且要高度穩(wěn)定。這些要求都大大增加了測量裝置的成本，降低了可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
針對背景技術中的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于有源諧振腔和與之級聯(lián) 的無源諧振腔的光傳感器。本發(fā)明采用的技術方案如下技術方案1 本發(fā)明包括帶有內(nèi)部增益的可發(fā)射等間隔梳狀自發(fā)輻射譜或激光譜的有源諧振 腔和具有等間隔梳狀濾波譜的無源諧振腔，以及光功率探測器；有源諧振腔與無源諧振腔 的光學長度相同，無源諧振腔中至少設有一段光學長度能隨外界環(huán)境改變而改變的無源諧 振腔傳感區(qū)，有源諧振腔的一個輸出端口發(fā)射的光譜輸入到無源諧振腔，經(jīng)過無源諧振腔 的濾波之后再被一個光功率探測器所接收。所述有源諧振腔為有源法布里_珀羅諧振腔、有源環(huán)形諧振腔或者內(nèi)部帶有分布 式反饋光柵結構的多段式有源諧振腔。所述無源諧振腔為無源環(huán)形諧振腔、無源法布里-珀羅諧振腔或者內(nèi)部帶有分布 式反饋光柵結構的多段式無源諧振腔。
所述有源諧振腔是一個施加了周期與光子在有源諧振腔中的運行周期相同的微 波驅(qū)動信號，從而保持其發(fā)射光譜不受外界干擾的有源諧振腔。所述有源諧振腔的另一個輸出端口處設有另一個光功率探測器。技術方案2:本發(fā)明包括帶有內(nèi)部增益的可發(fā)射等間隔梳狀自發(fā)輻射譜或激光譜的有源諧振 腔和具有等間隔梳狀濾波譜的無源諧振腔，以及光譜儀；有源諧振腔與無源諧振腔的光學 長度不同，無源諧振腔中至少設有一段光學長度能隨外界環(huán)境改變而改變的無源諧振腔傳 感區(qū)，有源諧振腔一個輸出端口發(fā)射的光譜輸入到無源諧振腔，經(jīng)過無源諧振腔的濾波之 后再被光譜儀所接收。所述有源諧振腔為有源法布里_珀羅諧振腔、有源環(huán)形諧振腔或者內(nèi)部帶有分布 式反饋光柵結構的多段式有源諧振腔。所述無源諧振腔為無源環(huán)形諧振腔、無源法布里_珀羅諧振腔或者內(nèi)部帶有分布 式反饋光柵結構的多段式無源諧振腔。所述有源諧振腔是一個施加了周期與光子在有源諧振腔中的運行周期相同的微 波驅(qū)動信號，從而保持其發(fā)射光譜不受外界干擾的有源諧振腔。與背景技術相比，本發(fā)明具有的有益效果是本發(fā)明使用有源_無源級聯(lián)雙諧振腔的濾波效應，當有源和無源諧振腔光學長度 相同時，只需要簡單地用光功率探測器測量全光譜范圍內(nèi)輸出光強度的變化就能得到被測 物理量的變化，不再需要通過光譜儀得到光譜相關的信息，降低器件測試成本，使用法布 里-珀羅(Fabry-Perot)腔等成本低廉的多模有源諧振腔作為輸入光源，降低器件生產(chǎn)制 作的成本，并且，通過有源和無源元件集成技術，無需外接光源，也消除了對高難度、高成本 的傳感波導光耦合的需求。進一步的，當有源和無源諧振腔光學長度不相同時，通過光譜儀 得到兩個諧振腔游標效應的輸出光譜，能夠進一步擴展測量范圍，提高測試精度。通過從以 上幾個角度看，本發(fā)明的光傳感器相比傳統(tǒng)的無源光傳感器成本大大降低，使用與測試更 為簡便。


圖1是背景技術中基于單個環(huán)形諧振腔的無源光波導傳感器示意圖。圖2是本發(fā)明第一種實施方式結構示意圖。圖3是本發(fā)明第一種實施方式中有源法布里_珀羅諧振腔與無源環(huán)形諧振腔光程 差為0時有源法布里_珀羅諧振腔的熒光發(fā)射譜和無源環(huán)形諧振腔的透射譜。圖4是本發(fā)明第一種實施方式中有源法布里_珀羅諧振腔與無源環(huán)形諧振腔光程 差為0時有源法布里_珀羅諧振腔的熒光發(fā)射譜與無源環(huán)形諧振腔透射譜疊加結果。圖5是本發(fā)明第一種實施方式中有源法布里_珀羅諧振腔與無源環(huán)形諧振腔光程 差非0時有源法布里_珀羅諧振腔的熒光發(fā)射譜和無源環(huán)形諧振腔的透射譜。圖6是本發(fā)明第一種實施方式中有源法布里_珀羅諧振腔與無源環(huán)形諧振腔光程 差非0時有源諧振腔的熒光發(fā)射譜與無源諧振腔透射譜疊加結果。圖7是本發(fā)明第一種實施方式中光功率探測器探測到的光功率隨無源環(huán)形諧振 腔波等效導折射率變化的曲線。
圖8是本發(fā)明第二種實施方式結構示意圖。圖9是本發(fā)明第三種實施方式結構示意圖。圖10是本發(fā)明第四種實施方式結構示意圖。圖11是本發(fā)明第五種實施方式結構示意圖。圖12是本發(fā)明第六種實施方式結構示意圖。圖13是有源法布里_珀羅諧振腔和無源環(huán)形諧振腔的多個縱模。以及有源腔的 材料增益譜。圖14是本發(fā)明第六種實施方式中無源環(huán)形諧振腔折射率為3. 215時有源法布 里_珀羅諧振腔的熒光發(fā)射譜和無源環(huán)形諧振腔的透射譜。圖15是本發(fā)明第六種實施方式中無源環(huán)形諧振腔折射率為3. 215時有源法布 里_珀羅諧振腔的熒光發(fā)射譜與無源環(huán)形諧振腔透射譜疊加結果。圖16是本發(fā)明第六種實施方式中無源環(huán)形諧振腔折射率為3. 2155時有源法布 里_珀羅諧振腔的熒光發(fā)射譜和無源環(huán)形諧振腔的透射譜。圖17是本發(fā)明第六種實施方式中無源環(huán)形諧振腔折射率為3. 2155時法布里-珀 羅諧振腔的熒光發(fā)射譜與無源環(huán)形諧振腔透射譜疊加結果。圖18是本發(fā)明第六種實施方式中光譜儀接收到兩個模式能量相當時法布里_珀 羅諧振腔的熒光發(fā)射譜與無源環(huán)形諧振腔透射譜疊加結果。圖中1、有源法布里-珀羅諧振腔，2、無源環(huán)形諧振腔，3、一個光功率探測器，11、 周期與光子在有源諧振腔中的運行周期相近的微波驅(qū)動信號，12、有源法布里-珀羅諧振 腔第一反射鏡，13、有源法布里-珀羅諧振腔第二反射鏡，20、無源環(huán)形諧振腔無源波導區(qū)， 21、無源環(huán)形諧振腔傳感區(qū)，22、第一無源波導，23、第二無源波導，4、無源法布里-珀羅諧 振腔，40、無源法布里-珀羅諧振腔無源波導區(qū)，41、無源法布里-珀羅諧振腔傳感區(qū)，42、無 源法布里_珀羅諧振腔第一反射鏡，43、無源法布里-珀羅諧振腔第二反射鏡，5、有源環(huán)形 諧振腔，51、第三無源波導，6、另一個光功率探測器，7、光譜儀。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明。圖2是本發(fā)明基于有源諧振腔和與之級聯(lián)的無源諧振腔的光傳感器的第一種實 施方式。它至少包括一個帶有內(nèi)部增益的具有等間隔梳狀光譜輸出的有源法布里-珀羅諧 振腔1和一個具有等間隔梳狀濾波譜的無源環(huán)形諧振腔2，以及一個光功率探測器3 ；有源 法布里_珀羅諧振腔與無源環(huán)形諧振腔的光學長度相同，無源環(huán)形諧振腔中設有一段光學 長度能隨外界環(huán)境改變而改變的無源環(huán)形諧振腔傳感區(qū)21，有源法布里-珀羅諧振腔發(fā)射 的光譜通過第一無源波導22輸入到無源環(huán)形諧振腔，經(jīng)過無源環(huán)形諧振腔的濾波之后，通 過第二無源波導23被一個光功率探測器3所接收。圖中有源法布里-珀羅諧振腔由增益區(qū)以及位于其兩端面的有源法布里-珀羅諧 振腔第一反射鏡12和有源法布里_珀羅諧振腔第二反射鏡13構成。自發(fā)輻射的光子在增 益區(qū)中被放大，在兩反射鏡12，13處一部分被反射回有源腔內(nèi)繼續(xù)獲得放大，另一部分則 透過有源法布里_珀羅諧振腔第二反射鏡13出射形成梳狀發(fā)射光譜。無源環(huán)形諧振腔2 由無源環(huán)形諧振腔無源波導區(qū)20，無源環(huán)形諧振腔傳感區(qū)21構成。有源法布里-珀羅諧振腔發(fā)射的光譜經(jīng)過無源環(huán)形諧振腔的濾波出射后被光功率探測器所接收。無源環(huán)形諧振腔 通過第一和第二無源波導分別與有源法布里_珀羅諧振腔和光功率探測器相連接。光功率探測器監(jiān)測到的光功率P可以表示成 其中I ( ω )表示有源法布里_珀羅諧振腔1的發(fā)射譜，T ( ω )表示無源環(huán)形諧振 腔2的濾波譜線。通常來說，有源法布里_珀羅諧振腔1的發(fā)射光譜線寬遠遠小于無源環(huán) 形諧振腔2的濾波譜，因此有 其中ω k = k π CZl1,是有源法布里-珀羅諧振腔1的第k級諧振頻率，c是光速， L1是有源諧振腔1的光學長度。Δ (ω)是沖擊函數(shù)，F(xiàn)(co)是發(fā)射譜的包絡，ωk(l是發(fā)射譜 包絡峰值頻率。對于無源環(huán)形諧振腔，其濾波函數(shù)可表示為 其中C為無源環(huán)形諧振腔所帶耦合器的直通耦合系數(shù)，L2是無源環(huán)形諧振腔的光 學長度的一半，ω為角頻率，c為真空中的光速，T0為常數(shù)。將(2)(3)代入(1)可得 其中L1是有源諧振腔的光學長度，AL = L2-L1, Ak = k-lv在一般有源諧振腔 1發(fā)光譜線范圍內(nèi)，如果傳感范圍變化不大，可以有Δ L < < L1和Δ k < < Iv，因此可忽略 ⑷式分母中的高階小量2 π Ak(AL)/L1, (4)式可以變換為 其中巧=X F(O)k -吟。)表示有源法布里-珀羅諧振腔發(fā)出的總功率。由式(5)
可以看出，光功率探測器接收到的功率P與有源法布里-珀羅諧振腔和無源環(huán)形諧振腔的 光程差異AL有關，當AL為O時，光功率探測器接收到的功率最大，兩光程偏離越多，則接 收到的功率越小。因此，當傳感區(qū)21的光學長度受到外界環(huán)境因素諸如應力，溫度或者被 測物質(zhì)濃度等改變時，無源環(huán)形諧振腔總光學長度就會發(fā)生變化，導致△ L變化，從而引起 光功率探測器接收到的光功率變化。通過測量該功率變化，就可以獲得應力，溫度等被測信 肩、ο
圖3給出了一個長度為200 μ m，折射率為3. 215，工作波長在1550nm的有源法布 里_珀羅諧振腔工作在閾值電流以下的熒光發(fā)射譜以及一個長度和折射率與該有源諧振 腔相當，周長為400 μ m的無源環(huán)形諧振腔的透射譜。此時，兩個諧振腔的光程差異AL為 0，有源諧振腔的熒光發(fā)射譜和無源諧振腔的透射譜峰值互相對準，有源諧振腔發(fā)射出的功 率為4. 823mW。圖4為有源法布里-珀羅諧振腔熒光發(fā)射譜與無源環(huán)形諧振腔透射譜互相 疊加后的結果，即整個傳感器的輸出功率譜，計算得到光功率探測器探測到的總輸出功率 為 3. 995mW。當無源諧振腔的折射率因外界環(huán)境影響而從3. 215變?yōu)?. 217時，有源諧振腔的 熒光發(fā)射譜和無源諧振腔的透射譜如圖5所示，此時由于傳感區(qū)等效折射率的改變，兩個 腔的光程有了小差異，有源諧振腔的熒光發(fā)射譜和無源諧振腔的透射譜峰值互相錯開，有 源諧振腔發(fā)射出的功率仍舊為4. 823mW。圖6為有源法布里_珀羅諧振腔熒光發(fā)射譜與 無源環(huán)形諧振腔透射譜互相疊加后的結果，計算得到光功率探測器探測到的總輸出功率為 0.2862mW。圖7是輸出光功率隨無源環(huán)形諧振腔折射率變化的曲線，可見，折射率的微小變 化就能引起傳感器輸出光功率的變化。在折射率變化在0 4X10—4的范圍內(nèi)，功率變化基 本成線性，我們可以利用該區(qū)域做傳感。由上述例子可見，當有源諧振腔工作在閾值以下時，可以通過探測傳感器的輸出 功率變化就可以得到外界應力、溫度等變化。當有源諧振腔工作在閾值以上時同樣可以得 到類似的探測效果。圖8是本發(fā)明基于有源諧振腔和與之級聯(lián)的無源諧振腔的光傳感器的第二個實 施方式，它包括帶有內(nèi)部增益的可發(fā)射等間隔梳狀自發(fā)輻射譜或激光譜的有源環(huán)形諧振腔 5和具有等間隔梳狀濾波譜的無源環(huán)形諧振腔2，以及一個光功率探測器3，有源環(huán)形諧振 腔通過第三無源波導51與無源環(huán)形諧振腔相連。另外，有源環(huán)形諧振腔還可以是內(nèi)部帶有 分布式反饋光柵結構的多段式有源諧振腔等輸出等間隔梳狀自發(fā)輻射譜或激光譜的有源 諧振腔。圖9是本發(fā)明基于有源諧振腔和與之級聯(lián)的無源諧振腔的光傳感器的第三個實 施方式，它包括帶有內(nèi)部增益的可發(fā)射等間隔梳狀自發(fā)輻射譜或激光譜的有源法布里_珀 羅諧振腔1和具有等間隔梳狀濾波譜的無源法布里-珀羅諧振腔4，以及一個光功率探測器 3，無源法布里-珀羅諧振腔包括無源法布里_珀羅諧振腔第一反射鏡42，無源法布里-珀 羅諧振腔第二反射鏡43，無源法布里-珀羅諧振腔無源波導區(qū)40，光學長度能隨外界環(huán)境 改變而改變的無源法布里_珀羅諧振腔傳感區(qū)41。另外，無源法布里-珀羅諧振腔還可以 是內(nèi)部帶有分布式反饋光柵結構的多段式有源諧振腔等輸出等間隔梳狀自發(fā)輻射譜或激 光譜的無源諧振腔。圖10是本發(fā)明基于有源諧振腔和與之級聯(lián)的無源諧振腔的光傳感器的第四個實 施方式，它包括一個帶有內(nèi)部增益的具有等間隔梳狀光譜輸出的有源法布里_珀羅諧振腔 1和一個具有等間隔梳狀濾波譜的無源環(huán)形諧振腔2，以及一個光功率探測器3 ；有源環(huán)形 諧振腔是一個施加了周期與光子在有源諧振腔中的運行周期相同的微波驅(qū)動信號11從而 保持其發(fā)射光譜不受外界干擾的有源法布里-珀羅諧振腔1。由(5)式可知，光功率探測器3獲得的光功率和有源法布里_珀羅諧振腔1和無源環(huán)形諧振腔2光程差有關，因此任何有源法布里_珀羅諧振腔1光程的變化也會造成功 率的波動，特別是工作在閾值以上的多模激光器由于模式競爭造成輸出光譜和功率的不穩(wěn) 定，導致對測量結果的干擾，但如果用前述微波信號11驅(qū)動有源法布里_珀羅諧振腔1，那 么其諧振頻率可以被精確的鎖定，從而可以減少有源法布里-珀羅諧振腔1對探測結果造 成的干擾，提高傳感的靈敏度。圖11是本發(fā)明基于有源諧振腔和與之級聯(lián)的無源諧振腔的光傳感器的第五個實 施方式，它包括一個帶有內(nèi)部增益的具有等間隔梳狀光譜輸出的有源法布里_珀羅諧振腔 1和一個具有等間隔梳狀濾波譜的無源環(huán)形諧振腔2，以及一個光功率探測器3;此外，在有 源法布里_珀羅諧振腔第二反射鏡12的外側設有另一個光功率探測器6，用于接收未經(jīng)過 無源環(huán)形諧振腔濾波的輸出光譜。有源法布里_珀羅諧振腔1在受到外界環(huán)境變化的干擾時輸出功率會發(fā)生波動， 特別是工作在閾值以上的多模激光器由于模式競爭效應造成的輸出光譜和功率不穩(wěn)定會 對測量結果有干擾，而本實施方式中光功率探測器6得到的光功率能夠反映此類的功率波 動，因此，通過將光功率探測器3和6上得到的功率進行對比，能夠濾除外界干擾帶來的有 源諧振腔功率不穩(wěn)定，提高傳感精度。圖12是本發(fā)明基于有源諧振腔和與之級聯(lián)的無源諧振腔的光傳感器的第六種實 施方式。它至少包括一個帶有內(nèi)部增益的具有等間隔梳狀光譜輸出的有源法布里-珀羅諧 振腔1和一個具有等間隔梳狀濾波譜的無源環(huán)形諧振腔2，以及光譜儀7 ；有源法布里-珀 羅諧振腔與無源環(huán)形諧振腔的光學長度不同，無源環(huán)形諧振腔中至少設有一段光學長度能 隨外界環(huán)境改變而改變的無源環(huán)形諧振腔傳感區(qū)21，有源法布里-珀羅諧振腔發(fā)射的光譜 通過第一無源波導22輸入到無源環(huán)形諧振腔，經(jīng)過無源環(huán)形諧振腔的濾波之后，通過第二 無源波導23被光譜儀7所接收。本實施方式中無源環(huán)形諧振腔的光程與有源法布里-珀羅諧振腔略有不同，兩個 諧振腔的諧振模式頻率間隔也略微不同，分別是Δ ·和Δ f，這使得在激光器材料增益譜范 圍內(nèi)兩個諧振腔的諧振模式僅在fo處完全重合，如圖13。此時，只有頻率fo的光能較低損 耗地通過無源環(huán)形諧振腔，從而在光譜儀上能看到fo的強度遠遠大于相鄰的模式。當無源 環(huán)形諧振腔的光程由于傳感區(qū)(虛線框內(nèi)部分)等效折射率的改變而改變時，無源環(huán)形諧 振腔的濾波譜線會產(chǎn)生一個整體偏移，導致重合峰向相鄰的諧振峰移動，而Δι和Δι的最 小公倍數(shù)成為自由光譜范圍。各諧振峰的相對光功率分布變化，利用一個外接光譜儀7就 可以測出折射率變化。由于利用了游標效應，因此該方法比傳統(tǒng)的單個無源諧振環(huán)具有更 高的靈敏度。圖14給出了一個長度為200 μ m,折射率為3. 215，工作波長在1550nm的有源法布 里-珀羅諧振腔工作在閾值電流以下的熒光發(fā)射譜以及一個周長為360 μ m,折射率與該有 源諧振腔相同的無源環(huán)形諧振腔的透射譜。此時，兩個諧振腔的諧振模式在1550nm處完全 重合，有源法布里_珀羅諧振腔的發(fā)射譜中只有1550nm波長的光能較低損耗地通過無源環(huán) 形諧振腔，從光譜儀上可以得到如圖15所示的光譜。當無源諧振腔的折射率因外界環(huán)境影響而從3. 215變?yōu)?. 2155時，有源諧振腔的 熒光發(fā)射譜和無源諧振腔的透射譜如圖16所示，由于無源環(huán)形諧振腔透射譜的移動，兩個 諧振腔的諧振模式變?yōu)樵?548nm處完全重合，只有1548nm波長的光能較低損耗地通過無源環(huán)形諧振腔，在光譜儀上得到如圖17所示的光譜。由上述分析可得到，當無源環(huán)形諧振腔的折射率變化5X 10_4時，該傳感器的輸出 光譜中能量最大的模式就發(fā)生一次跳變，可以簡單的用模式跳變的個數(shù)來換算出無源環(huán)形 諧振腔波導折射率的變化量，進一步轉化到外界環(huán)境的變化(如溫度，濕度)。另外，當折射 率的變化介于兩個狀態(tài)之間時，我們可以通過輸出光譜中兩個能量相當?shù)哪Ｊ街g的功率 比值(如圖18)來進一步細化折射率的分辨率。上述實施例用來解釋說明本發(fā)明，而不是對本發(fā)明進行限制。在本發(fā)明的精神和 權利要求的保護范圍內(nèi)，對本發(fā)明作出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護范圍。例如 有源法布里-珀羅諧振腔可以換作其他任何可發(fā)射等間隔梳狀自發(fā)輻射譜或激光譜的有 源諧振腔，而無源環(huán)形諧振腔可以換做任何其他可以產(chǎn)生周期性濾波譜線的光學結構，如 刻蝕衍射光柵，陣列波導光柵，采樣布拉格光柵等。
權利要求
一種基于有源諧振腔和與之級聯(lián)的無源諧振腔的光傳感器，其特征在于包括帶有內(nèi)部增益的可發(fā)射等間隔梳狀自發(fā)輻射譜或激光譜的有源諧振腔和具有等間隔梳狀濾波譜的無源諧振腔，以及一個光功率探測器(3)；有源諧振腔與無源諧振腔的光學長度相同，無源諧振腔中至少設有一段光學長度能隨外界環(huán)境改變而改變的無源諧振腔傳感區(qū)，有源諧振腔的一個輸出端口發(fā)射的光譜輸入到無源諧振腔，經(jīng)過無源諧振腔的濾波之后再被一個光功率探測器(3)所接收。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于有源諧振腔和與之級聯(lián)的無源諧振腔的光傳感器， 其特征在于所述有源諧振腔為有源法布里-珀羅諧振腔(1)、有源環(huán)形諧振腔(5)或者內(nèi) 部帶有分布式反饋光柵結構的多段式有源諧振腔。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種基于有源諧振腔和與之級聯(lián)的無源諧振腔的光傳感器， 其特征在于所述無源諧振腔為無源環(huán)形諧振腔(2)、無源法布里-珀羅諧振腔(4)或者內(nèi) 部帶有分布式反饋光柵結構的多段式無源諧振腔。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種基于有源諧振腔和與之級聯(lián)的無源諧振腔的光傳感器， 其特征在于所述有源諧振腔是一個施加了周期與光子在有源諧振腔中的運行周期相同的 微波驅(qū)動信號(11)，從而保持其發(fā)射光譜不受外界干擾的有源諧振腔。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種基于有源諧振腔和與之級聯(lián)的無源諧振腔的光傳感器， 其特征在于所述有源諧振腔的另一個輸出端口處設有另一個光功率探測器(6)。
6.一種基于有源諧振腔和與之級聯(lián)的無源諧振腔的光傳感器，其特征在于包括帶有 內(nèi)部增益的可發(fā)射等間隔梳狀自發(fā)輻射譜或激光譜的有源諧振腔和具有等間隔梳狀濾波 譜的無源諧振腔，以及光譜儀(7)；有源諧振腔與無源諧振腔的光學長度不同，無源諧振腔 中至少設有一段光學長度能隨外界環(huán)境改變而改變的無源諧振腔傳感區(qū)，有源諧振腔一個 輸出端口發(fā)射的光譜輸入到無源諧振腔，經(jīng)過無源諧振腔的濾波之后再被光譜儀(7)所接 收。
7.根據(jù)權利要求6所述的一種基于有源諧振腔和與之級聯(lián)的無源諧振腔的光傳感器， 其特征在于所述有源諧振腔為有源法布里-珀羅諧振腔(1)、有源環(huán)形諧振腔(5)或者內(nèi) 部帶有分布式反饋光柵結構的多段式有源諧振腔。
8.根據(jù)權利要求6所述的一種基于有源諧振腔和與之級聯(lián)的無源諧振腔的光傳感器， 其特征在于所述無源諧振腔為無源環(huán)形諧振腔(2)、無源法布里-珀羅諧振腔(4)或者內(nèi) 部帶有分布式反饋光柵結構的多段式無源諧振腔。
9.根據(jù)權利要求6所述的一種基于有源諧振腔和與之級聯(lián)的無源諧振腔的光傳感器， 其特征在于所述有源諧振腔是一個施加了周期與光子在有源諧振腔中的運行周期相同的 微波驅(qū)動信號(11)，從而保持其發(fā)射光譜不受外界干擾的有源諧振腔。全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于有源諧振腔和與之級聯(lián)的無源諧振腔的光傳感器。至少包括一個帶有內(nèi)部增益的可發(fā)射等間隔梳狀自發(fā)輻射譜或激光譜的有源諧振腔和一個具有等間隔梳狀濾波譜的無源諧振腔，以及一個光接收器。所述有源諧振腔發(fā)射的光譜輸入到無源諧振腔，經(jīng)過無源諧振腔的濾波之后，出射光被光接收器所接收。所述無源諧振腔中設有一段光學長度能隨外界環(huán)境改變而改變的傳感區(qū)。本發(fā)明使用成本低廉的多模有源諧振腔作為輸入光源。當兩個腔光學長度相同時，只需要簡單地用光功率探測器測量輸出光強度的變化就能得到被測物理量的變化，測試簡便，成本低；當兩個腔光學長度不同時，通過外接光譜儀還能夠擴展測量范圍，提高測試精度。
文檔編號G01D5/26GK101900575SQ201010206558
公開日2010年12月1日 申請日期2010年6月22日 優(yōu)先權日2010年6月22日
發(fā)明者何建軍, 宋金巖, 寇慶麗, 虞婷婷 申請人:浙江大學