【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光学传感，特别是一种硅基传感解调芯片。
技术介绍
1、光纤传感器因其多种独特的传输优势而广泛应用于周界安防以及国防等系统。光纤传感器可以同时作为传导和感知元件，与其他传感器相比不需要加任何外界媒介就可以实现远距离传输。除此之外，光纤传感器还具有耐高压，抗腐蚀，信息容量大，抗干扰性强，灵敏度高，可以传感多种物理量等优点，在恶劣的环境下仍然可以使用。
2、近年来，某些特殊应用领域对光纤传感器的灵敏度提出了更高要求，研究人员开始将游标效应作为一种增敏手段进一步应用于光学检测和光纤传感中。然而这种方式假设初始光谱未发生任何位移，而仅仅在传感器端探测的光谱由于环境变化而产生变化。实际上，利用游标效应所采用的光学器件本身大多受环境温度影响，尤其是对于热光系数较高的硅波导材料，其初始光谱也会随着环境变化而产生的变化，例如当采用微环结构的硅光芯片时，由于其具有较高的热光系数，当环境温度变化时，其梳状光谱也将发生明显漂移。
3、针对通过调节微环调制器一和微环调制器二的加载电压，结合探测结构一和探测结构二实现对所述微环调制器一和微环调制器二的调制，可精确探测和求解出微环调制器因环境温度而造成的共振波长漂移量，可有效消除环境温度带来的微环调制器的共振波长漂移量，有效提高系统的解调和探测精度。此外，本专利技术对微环调制器一和微环调制器二的调制方式简单，利用硅基传感芯片即可消除环境温度的影响，系统的探测精度显著提高，探测结构一和探测结构二的调制信号的观测与操作简单，系统功耗相对于传统的探测结构更低，体积更小，整个调制
技术实现思路
1、针对上述问题，提供一种硅基传感解调芯片，通过调节与微环调制器半径不同的微环调制器二的加载电压 u0来调制微环调制器二，使得微环调制二产生额外的折射率变化量，再通过光谱仪观察光谱差为零或光电探测器的光强与初始值一致时，结合加载电压 u0可求解出微环调制器二因环境温度变化而产生的共振波长偏移量。通过调节与微环调制器半径相同的微环调制器一的加载电压 u1来调制微环调制器一，使得探测机构一探测的光谱重合或光强最大时，结合加载电压 u1可求解出微环调制器因环境温度变化而产生的共振波长偏移量，可精确计算出环境温度变化对微环调制器的漂移量，从而消除环境温度带来的频漂，提高系统的探测精度。
2、为达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是。
3、一种硅基传感解调芯片，包括激光器、硅基传感芯片、光电探测器、传感探头、探测结构一和探测结构二；所述硅基传感芯片包括分束器、微环调制器、分束器一、微环调制器一、微环调制器二、输入端口、输出端口一、输出端口二、输出端口三和输出端口四；所述微环调制器的微环半径大于微环调制器二；所述微环调制器的微环半径与微环调制器一相等；所述激光器与输入端口相连，所述输出端口一与探测结构一相连，所述输出端口二与探测结构二相连，所述输出端口三与传感探头相连，所述输出端口四与光电探测器相连；
4、所述激光器产生的激光经输入端口进入硅基传感芯片，并依次经分束器、微环调制器和分束器一后分束为测量光和参考光；所述参考光经微环调制器二、输出端口二输出至探测结构二，通过调节微环调制器二的加载电压 u0，使得探测结构二处观察的光谱差为零或光强与初始值相同，来求解环境温度变化对微环调制器二的共振波长造成的偏移量。
5、优选的，所述测量光经输出端口三输出至传感探头来采集待测物体的振动信号，并将带有待测物体振动信号的测量光沿输出端口三、分束器一传输后分束为第一束光和第二束光，所述第一束光经微环调制器一、输出端口一输出至探测机构一，通过调节微环调制器一的加载电压 u1，使得探测机构一探测的光谱重合或光强最大，来求解外界环境温度变化对微环调制器一和微环调制器的共振波长造成的漂移量；所述第二束光依次经微环调制器、分束器、输出端口四后输出至光电探测器，由所述光电探测器探测待测物体的振动信号。
6、优选的，所述微环调制器的共振波长为 λ1，则：
7、
8、其中，r1为微环调制器的半径。
9、优选的，所述微环调制器和微环调制器一的共振波长不发生变化时，所述第二光束在返回微环调制器后与原激光的中心波长相差 δλ1，此时对微环调制器一的加载电压进行调制，当通过探测结构一观察光谱重合或光功率最大时，所述微环调制器一的加载电压满足：
10、
11、其中， u为微环调制器电极上加载的电压信号， r为电极电阻， η为加热电极与微环的热传递效率， ε为硅材料的热光系数；根据微环调制器一的共振波长条件可知：
12、
13、联立可得出外界环境温度变化对微环调制器一和微环调制器的共振波长造成的漂移量。
14、优选的，所述探测结构一和探测结构二采用光谱仪或光电探测器。
15、优选的，所述微环调制器二共振波长的偏移量求解步骤如下：
16、步骤s1：激光器产生的激光经输入端口进入硅基传感芯片，并依次经分束器、微环调制器、分束器后，由分束器分束为测量光和参考光；所述参考光经微环调制器二、输出端口二输出至探测结构二；此时，微环调制器二的共振波长为：
17、；
18、步骤s2：环境温度变化导致微环调制器和微环调制器二的波长漂移量分别为：
19、
20、经过微环调制器和微环调制器二的共振波长之间的差，由 δλ=λ2 -λ1表示为：
21、；
22、步骤s3：此时调节微环调制器二的加载电压使其产生额外的折射率变化量 δn ’2，通过光谱仪观察光谱差为零或光电探测器探测的光强与初始值一致，则有：
23、
24、硅波导的热光系数是固定的，因此 δn1 =δn2，这样可根据微环调制器二的加载电压 u0的大小来获取 δn1和 δn2的值，从而求得环境温度变化对微环调制器二的共振波长造成的偏移量。
25、优选的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种硅基传感解调芯片，其特征在于：包括激光器、硅基传感芯片、光电探测器、传感探头、探测结构一和探测结构二；所述硅基传感芯片包括分束器、微环调制器、分束器一、微环调制器一、微环调制器二、输入端口、输出端口一、输出端口二、输出端口三和输出端口四；所述微环调制器的微环半径大于微环调制器二；所述微环调制器的微环半径与微环调制器一相等；所述激光器与输入端口相连，所述输出端口一与探测结构一相连，所述输出端口二与探测结构二相连，所述输出端口三与传感探头相连，所述输出端口四与光电探测器相连；
2.如权利要求1所述的一种硅基传感解调芯片，其特征在于：所述微环调制器的共振波长为λ1，则：
3.如权利要求2所述的一种硅基传感解调芯片，其特征在于：所述微环调制器和微环调制器一的共振波长不发生变化时，所述第二光束在返回微环调制器后与原激光的中心波长相差δλ1，此时对微环调制器一的加载电压进行调制，当通过探测结构一观察的光谱重合或光强最大时，所述微环调制器一的加载电压满足：
4.如权利要求3所述的一种硅基传感解调芯片，其特征在于：所述探测结构一和探测结构二采用光谱仪或
5.如权利要求1所述的一种硅基传感解调芯片，其特征在于：所述微环调制器二共振波长的偏移量求解步骤如下：
6.如权利要求5所述的一种硅基传感解调芯片，其特征在于：所述加载电压U0在环境温度升高时的调节电压为
7.如权利要求6所述的一种硅基传感解调芯片，其特征在于：所述加载电压U0在环境温度降低时的调节电压为
8.如权利要求5所述的一种硅基传感解调芯片，其特征在于：所述微环调制器和微环调制器一的共振波长偏移量的求解步骤如下：
9.如权利要求8所述的一种硅基传感解调芯片，其特征在于：所述第二束光依次经微环调制器、分束器、输出端口四后输出至光电探测器，由光电探测器探测和输出待测物体的粗略振动信号，结合微环调制器的共振波长漂移量，即可精确探测出待测物体的振动信号。
...【技术特征摘要】
1.一种硅基传感解调芯片，其特征在于：包括激光器、硅基传感芯片、光电探测器、传感探头、探测结构一和探测结构二；所述硅基传感芯片包括分束器、微环调制器、分束器一、微环调制器一、微环调制器二、输入端口、输出端口一、输出端口二、输出端口三和输出端口四；所述微环调制器的微环半径大于微环调制器二；所述微环调制器的微环半径与微环调制器一相等；所述激光器与输入端口相连，所述输出端口一与探测结构一相连，所述输出端口二与探测结构二相连，所述输出端口三与传感探头相连，所述输出端口四与光电探测器相连；
2.如权利要求1所述的一种硅基传感解调芯片，其特征在于：所述微环调制器的共振波长为λ1，则：
3.如权利要求2所述的一种硅基传感解调芯片，其特征在于：所述微环调制器和微环调制器一的共振波长不发生变化时，所述第二光束在返回微环调制器后与原激光的中心波长相差δλ1，此时对微环调制器一的加载电压进行调制，当通过探测结构一观察的光谱重合或光强最大时，所述微环调制...
【专利技术属性】
技术研发人员：龚攀，王瑞，吕韬，俞本立，
申请(专利权)人：安徽至博光电科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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