The invention discloses a probe type micro-displacement sensing system based on surface nano-axial photon (SNAP) structure echo wall micro-cavity, including a tuned laser, a polarization controller, a coupled waveguide, a photodetector, a SNAP structure micro-cavity and a displacement device. The frequency-swept laser generated by the tuned laser enters the SNAP microcavity through the polarization controller and the coupled waveguide, and the photodetector is used to obtain the resonance spectrum. By monitoring Q value and transmittance of resonant mode, the system can realize micro-displacement sensing in micro-cavity axis, which can effectively reduce the influence of external environmental factors such as temperature fluctuation on the sensing accuracy. Meanwhile, the micro-cavity with SNAP structure has the advantages of small size, light weight and easy to package and integrate, so it is easy to realize probe-type measurement.
【技术实现步骤摘要】
一种基于表面纳米轴向光子结构回音壁微腔的探针式微位移传感系统
本专利技术属于光学传感
,更具体地,涉及一种基于表面纳米轴向光子(Surfacenanoscaleaxialphotonics,SNAP)结构回音壁微腔的探针式微位移传感系统。
技术介绍
探针式微位移传感器是微深内结构测量系统的关键器件,凭借其细长结构便于深入微小结构内部进行测量的优势,在航空航天、纳米光刻、超精密加工等领域涉及的微结构测量中具有广泛的应用,如航空发动机的微深沟槽阵列、MEMS器件的精细结构等。在过去的二十年内,不同种类的探针式位移传感器已经被广泛研究,主要包括刚性测杆和光纤柔性探针两大类。刚性测杆需附加弹性结构及其形变传感器,结构复杂、装调难度大且难以实现横向尺寸小于0.1mm的微内结构的高精度测量。光纤柔性探针凭借其易于小型化、长径比大的特点,在微深内结构测量中具有独特的优势,利用CCD成像或光纤光栅解调等方法可以直接实现探针端部的位移传感,但其轴向探测量程受限。回音壁模式微腔作为一种高性能光学谐振腔,在微位移传感领域具有巨大潜力,理论上可以达到亚纳米分辨率和毫米级量程,且易于在现有光纤探针上制备,进而实现探针轴向的大量程、高分辨率的微位移测量。然而,现有回音壁微腔的微位移传感方案主要基于微腔形变致谐振峰偏移实现,一方面外界温度波动会严重影响其传感精度,另一方面,装置的复杂性使得该系统难以实现探针式测量。因此,为了提高基于回音壁微腔的微位移传感系统的稳定性,促进其在微深内结构测量领域的应用,需要研发一种新型的位移传感系统。
技术实现思路
为了解决上述现有技术存在的不足和缺点 ...
【技术保护点】
1.一种基于表面纳米轴向光子结构回音壁微腔的探针式微位移传感系统,其特征在于,包括调谐激光器、偏振控制器、耦合波导、光电探测器、表面纳米轴向光子结构微腔和位移装置;所述调谐激光器与所述偏振控制器相连,所述偏振控制器与所述耦合波导相连,所述耦合波导与所述光电探测器连接,所述表面纳米轴向光子结构微腔固定在所述位移装置上,所述位移装置设置在移动台上;其中,所述调谐激光器产生连续且波长可调谐的激光并输入到光纤中,所述偏振控制器控制光纤中光的偏振态,所述耦合波导用来将光波耦合进入表面纳米轴向光子结构微腔,所述光电探测器用于将光信号转换为电信号,所述表面纳米轴向光子结构微腔是传感系统的核心器件,用于产生谐振谱,所述位移装置用于调整微腔的轴向位移,使得表面纳米轴向光子结构微腔相对于耦合波导产生移动,改变微腔的耦合位置,以改变腔内谐振模式的Q值和透过率。
【技术特征摘要】
1.一种基于表面纳米轴向光子结构回音壁微腔的探针式微位移传感系统,其特征在于,包括调谐激光器、偏振控制器、耦合波导、光电探测器、表面纳米轴向光子结构微腔和位移装置;所述调谐激光器与所述偏振控制器相连,所述偏振控制器与所述耦合波导相连,所述耦合波导与所述光电探测器连接,所述表面纳米轴向光子结构微腔固定在所述位移装置上,所述位移装置设置在移动台上;其中,所述调谐激光器产生连续且波长可调谐的激光并输入到光纤中,所述偏振控制器控制光纤中光的偏振态,所述耦合波导用来将光波耦合进入表面纳米轴向光子结构微腔,所述光电探测器用于将光信号转换为电信号,所述表面纳米轴向光子结构微腔是传感系统的核心器件,用于产生谐振谱,所述位移装置用于调整微腔的轴向位移,使得表面纳米轴向光子结构微腔相对于耦合波导产生移动,改变微腔的耦合位置,以改变腔内谐振模式的Q值和透过率。2.根据权利要求1所述的基于表面纳米轴向光子结构回音壁微腔的探针式微位移传感系统,其特征在于,所述的耦合波导可以是微纳锥形光纤、耦合棱镜、集成光波导、研磨倾角光纤或者光纤光栅。3.根据权利要求1所述的基于表面纳米轴向光子结构回音壁微腔的探针式微位移传感系统,其特征在于,所述的表面纳米轴向光子结构微腔是基于光纤制作,所...
【专利技术属性】
技术研发人员:董永超,王晗,王瑞洲,陈新,陈新度,
申请(专利权)人:广东工业大学,
类型:发明
国别省市:广东,44
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