一种高灵敏传感模式的自动提取装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种高灵敏传感模式的自动提取装置及方法，所述自动提取装置包括：激光发射组件、分束镜、油浸物镜、波导结构、成像透镜和CCD图像传感器；所述分束镜设置在所述激光发射组件的激光发射方向上，所述油浸物镜和所述波导结构沿着所述分束镜的反射方向依次设置，所述成像透镜和所述CCD图像传感器沿着所述分束镜的透射方向依次设置；所述CCD图像传感器用于根据各波导模式的偏振特性对收集成像得到的反射成像结果进行传感模式的提取。本发明专利技术根据波导模式的偏振特性实现了高灵敏传感模式的自动提取。而且本发明专利技术结构简单，有利于快速、自动处理大量数据，实用性强。实用性强。实用性强。

【技术实现步骤摘要】
一种高灵敏传感模式的自动提取装置及方法


[0001]本专利技术涉及光学传感
，特别涉及一种高灵敏传感模式的自动提取装置及方法。

技术介绍

[0002]在光子集成器件的研发当中，鉴于硅基波导的广泛应用，以及集成光学的迅速发展，各式波导结构由于构型多样、便于加工而成为了光学芯片发展中不可或缺的组成部分。其在传感、显示、探测等诸多核心科技中也都具有不可替代的地位，而所有研究的基础大多都从平板波导结构开始，尤其在光波导研发分析领域，完成波导中的模式分析、以及波导间的耦合细节，对集成光学器件的设计至关重要。其中，波导中的不同模式现已被证明可以广泛运用在微纳光学中的传感领域。其灵敏度高、品质因数高等特性也吸引了诸多研究者的关注。但是不同模式的传感灵敏度不同，从而导致不同模式的传感特性也不尽相同。以金属包覆平板波导为例，一般来说表面等离激元模式的损耗往往大于导模的损耗，这意味着波导模式在传感领域的应用范围更广，也能取得更高的品质因数。因此，在一个具有多种模式的高阶波导中，提取合适的波导可以高效地完成相应的传感测量。而现有平板波导结构中的表面模式传感测量中，一般多种模式同时存在，其他模式的存在在某些特定条件下可以提供测量参考，但大多数分析时候则会干扰分析结果。尤其是面对大量测量数据时候，人工逐一分析难以提高分析效率，但目前也鲜见成熟的方式去自动完成单一模式的提取，其主要存在的问题为：(1)模式复杂。高阶模偏振不一致，在各个波导结构中同时存在，计算机难以判别。(2)速度慢。常规的模式分析一般对所有模式进行人工选择并分析，针对传感灵敏度低的模式的分析将会耗费大量时间。(3)分辨率低。传统波导结构的传感区域大多是整个微区部分，这在微纳光学领域一般依旧属于宏观范畴，即便现有部分传感方式结合了显微镜，却没有且难以实现模式的自动化分析。(4)普适性低，现有单模式传感一般针对特定结构，对于一个结构的参数精确控制，保证其只含有单一模式，对加工的精度有较高要求因而造价高，耗时久且不易推广。如何实现高灵敏传感模式的自动提取成为一个亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种高灵敏传感模式的自动提取装置及方法，以实现高灵敏传感模式的自动提取。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0005]一种高灵敏传感模式的自动提取装置，所述自动提取装置包括：激光发射组件、分束镜、油浸物镜、波导结构、成像透镜和CCD图像传感器；
[0006]所述分束镜设置在所述激光发射组件的激光发射方向上，所述油浸物镜和所述波导结构沿着所述分束镜的反射方向依次设置，所述成像透镜和所述CCD图像传感器沿着所述分束镜的透射方向依次设置；
[0007]所述激光发射组件发出的发射激光经所述分束镜反射至所述油浸物镜和所述波导结构，并经所述波导结构反射，得到反射激光；所述反射激光经所述油浸物镜和所述分束镜后被成像透镜收集成像至所述CCD图像传感器；
[0008]所述CCD图像传感器用于根据各波导模式的偏振特性对收集成像得到的反射成像结果进行传感模式的提取。
[0009]可选的，所述激光发射组件包括激光器、扩束透镜和偏振片；
[0010]所述扩束透镜和所述偏振片沿着所述激光器的发射方向依次设置。
[0011]可选的，所述激光器所发出的发射激光的波长大于或等于760nm。
[0012]可选的，所述波导结构从下到上依次包括：聚合物层、金属层和玻璃基底层。
[0013]可选的，所述聚合物层的折射率小于或等于1.41、所述聚合物层的厚度大于或等于180nm。
[0014]可选的，所述金属层的介质为银，所述金属层的厚度在40nm至50nm之间。
[0015]可选的，所述玻璃基底层的折射率大于或等于1.7。
[0016]一种高灵敏传感模式的自动提取方法，所述自动提取方法应用于本专利技术所述的自动提取装置，所述自动提取方法包括如下步骤：
[0017]激光发射组件发出的发射激光经分束镜反射至油浸物镜和波导结构，并经波导结构反射，得到反射激光；
[0018]反射激光经油浸物镜和分束镜后被成像透镜收集成像至CCD图像传感器；
[0019]通过CCD图像传感器根据各波导模式的偏振特性对收集成像得到的反射成像结果进行传感模式的提取。
[0020]可选的，所述通过CCD图像传感器根据各波导模式的偏振特性对收集成像得到的反射成像结果进行传感模式的提取，具体包括：
[0021]采用在所述反射成像结果中的相互正交的两个方向循环选取标记点并基于标记点进行区域生长的方式对所述反射成像结果进行分割，获得多个重建图形；
[0022]在多个重建图形中选取图形质心与图形中心的距离大于距离阈值的重建图形作为包含波导模式的待提取图形，得到多个待提取图形；
[0023]根据每个待提取图形中的波导模式区域的交角将多个所述待提取图形划分为交角成正交关系的两类；波导模式区域的交角为与所述波导模式区域具有相同二阶中心矩的椭圆的长轴与预设定轴的交角；
[0024]将波导模式区域的周长最大的待提取图形所在的类作为横磁模模式类，另一类作为横电模模式类；
[0025]在所述横电模模式类中选取波导模式区域的周长最大的波导模式作为反射成像结果的传感模式。
[0026]可选的，所述采用在所述反射成像结果中的相互正交的两个方向循环选取标记点并基于标记点进行区域生长的方式对所述反射成像结果进行分割，获得多个重建图形，之前还包括：
[0027]对所述反射成像结果进行灰度处理，获得灰度处理后的反射成像结果。
[0028]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
[0029]本专利技术提供一种高灵敏传感模式的自动提取装置及方法，所述自动提取装置包
括：激光发射组件、分束镜、油浸物镜、波导结构、成像透镜和CCD图像传感器；所述分束镜设置在所述激光发射组件的激光发射方向上，所述油浸物镜和所述波导结构沿着所述分束镜的反射方向依次设置，所述成像透镜和所述CCD图像传感器沿着所述分束镜的透射方向依次设置；所述CCD图像传感器用于根据各波导模式的偏振特性对收集成像得到的反射成像结果进行传感模式的提取。本专利技术根据波导模式的偏振特性实现了高灵敏传感模式的自动提取。
附图说明
[0030]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0031]图1为本专利技术实施例1提供的一种高灵敏传感模式的自动提取装置的结构图；
[0032]图2为本专利技术实施例2提供的一种高灵敏传感模式的自动提取方法的流程图；
[0033]图3为本专利技术实施例3提供的一种高灵敏传感模式的自动提取方法的原理图；
[0034]图4为本专利技术实施例3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高灵敏传感模式的自动提取装置，其特征在于，所述自动提取装置包括：激光发射组件、分束镜、油浸物镜、波导结构、成像透镜和CCD图像传感器；所述分束镜设置在所述激光发射组件的激光发射方向上，所述油浸物镜和所述波导结构沿着所述分束镜的反射方向依次设置，所述成像透镜和所述CCD图像传感器沿着所述分束镜的透射方向依次设置；所述激光发射组件发出的发射激光经所述分束镜反射至所述油浸物镜和所述波导结构，并经所述波导结构反射，得到反射激光；所述反射激光经所述油浸物镜和所述分束镜后被成像透镜收集成像至所述CCD图像传感器；所述CCD图像传感器用于根据各波导模式的偏振特性对收集成像得到的反射成像结果进行传感模式的提取。2.根据权利要求1所述的高灵敏传感模式的自动提取装置，其特征在于，所述激光发射组件包括激光器、扩束透镜和偏振片；所述扩束透镜和所述偏振片沿着所述激光器的发射方向依次设置。3.根据权利要求2所述的高灵敏传感模式的自动提取装置，其特征在于，所述激光器所发出的发射激光的波长大于或等于760nm。4.根据权利要求1所述的高灵敏传感模式的自动提取装置，其特征在于，所述波导结构从下到上依次包括：聚合物层、金属层和玻璃基底层。5.根据权利要求4所述的高灵敏传感模式的自动提取装置，其特征在于，所述聚合物层的折射率小于或等于1.41，所述聚合物层的厚度大于或等于180nm。6.根据权利要求4所述的高灵敏传感模式的自动提取装置，其特征在于，所述金属层的介质为银，所述金属层的厚度在40nm至50nm之间。7.根据权利要求4所述的高灵敏传感模式的自动提取装置，其特征在于，所述玻璃基底层的折射率大于或等于1.7。8.一种高灵敏传感模式的自动提取方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈漪恺，崔杉，陈来祥，
申请(专利权)人：安徽中元新材料技术有限公司，
类型：发明
国别省市：