CN103743422A - 变品质因数和变波长高灵敏度微观探测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种变品质因数和变波长高灵敏度微观探测装置，包括第一激光器、电光调制器、第一分光器、微腔左壁、波导、第一反射器、第二激光器、微腔右壁、输出耦合器、第二分光器、第一探测器、数据处理器、第二探测器、第二反射器和第三反射器。本发明利用光在微腔内的变品质因数和变波长高灵敏度微观探测的功能提高设备的灵敏度和分辨率。该装置具有结构紧凑，芯片集成度高，携带信息量大，制作自由度大，环境要求宽，光子效率高，性能稳定，重复频率高，容易操作，能够提高仪器和设备的灵敏度和增强分辨率的特点。

Description

变品质因数和变波长高灵敏度微观探测装置
技术领域
本发明涉及一种变品质因数和变波长高灵敏度微观探测装置，属于微观信号探测领域。
背景技术
现有的微观探测装置没有设置微腔，导致品质因数偏低，测量效率低，且噪声大信噪比偏小；另外没有设置第二条光路的延迟，对于采集的数据分析误码率高，降低测量精度。加拿大艾姆然（M.Imran Cheema）等在“迈向更精确的微腔传感器：最大近似估计变化的品质因素和波长的应用组合”（Towards more accurate micro-cavity sensors: maximum likelihood estimation applied to a combination of quality factor and wavelength shifts）一文中论述了关于估计变化的波长和微腔品质因数的基理，但没有提供一种变品质因数和变波长高灵敏度微观探测从而提高探测设备灵敏度和增强分辨率的实用装置。
发明内容
本发明的目的在于针对已有技术的不足，提供一种变品质因数和变波长高灵敏度微观探测装置，是一种用变品质因数和变波长高灵敏度微观探测进行探测，从而提高探测设备灵敏度和增强分辨率的实用装置。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种变品质因数和变波长高灵敏度微观探测装置，包括第一激光器、电光调制器、第一分光器、微腔左壁、波导、第一反射器、第二激光器、微腔右壁、输出耦合器、第二分光器、第一探测器、数据处理器、第二探测器、第二反射器和第三反射器；所述电光调制器介于第一激光器和第一分光器之间，所述第一分光器位于微腔左壁前，所述波导置于微腔左壁和微腔右壁中间，所述第二激光器位于第一反射器之后，所述输出耦合器紧靠波导，所述第二分光器位于输出耦合器之后，第二反射器之前以及第一探测器之侧，所述第二反射器置于第二分光器和第二探测器之间，所述第三反射器置于第一分光器和第二探测器之间，所述数据处理器连接第一探测器和第二探测器。
上述第一激光器和第二激光器为可变波长的半导体固体激光，光纤激光，气体激光，准分子激光，染料液体激光或激光二极管。
上述电光调制器为相位控制器、分布耦合器、折射率分布控制器、电光光栅控制器、分支干涉调制器、行进波型光调制器或平衡型桥型光调制器。
上述第一分光器和第二分光器为平面镀膜光学元件、波导支叉元件或光纤分束元件。
上述微腔左壁和微腔右壁组成的微腔为法布里-珀罗干涉仪、半导体量子阱、平凹腔或双凹腔。
上述波导为半导体材料、玻璃或有机材料，横截面形状为圆形、方形、梯形或多边形的长条元件。
上述第一反射器、第二反射器和第三反射器为镀膜平面光学元件、波导元件或反射光栅。
上述输出耦合器为光栅、棱镜、波导或光纤。
上述第一探测器和第二探测器为光电二极管（根据光电效应实现的光信号和电信号之间的转换）、或二极管列阵探测器（由二极管排列构成的光信号和电信号转换）、或光电倍增管（光和电信号转换同时进行放大的元件）、或多通道板（多个光子信号通道板接收并转换成电信号的元件）。
上述数据处理器为光谱仪（处理光信号的频率信息）、或示波器（处理光信号的强度信息）、或计算机（处理光信号的强度信息及成像）、或后续使用装置构成的（处理光信号作为输入信息）。
与现有技术相比，本发明具有显而易见的突出实质性特点和显著技术进步：
本发明利用光在微腔内的变品质因数和变波长高灵敏度微观探测的功能提高设备的灵敏度和分辨率。该装置具有结构紧凑，芯片集成度高，携带信息量大，制作自由度大，环境要求宽，光子效率高，性能稳定，重复频率高，容易操作，能够提高仪器和设备的灵敏度和增强分辨率的特点。
附图说明
图1是本发明装置实施例结构示意图。
具体实施方式
    本发明的优选实施例结合附图详述如下：
实施例1
如图1所示，一种变品质因数和变波长高灵敏度微观探测装置，包括第一激光器1、电光调制器2、第一分光器3、微腔左壁4、波导5、第一反射器6、第二激光器7、微腔右壁8、输出耦合器9、第二分光器10、第一探测器11、数据处理器12、第二探测器13、第二反射器14和第三反射器15；所述电光调制器2介于第一激光器1和第一分光器3之间，所述第一分光器3位于微腔左壁4前，所述波导5置于微腔左壁4和微腔右壁8中间，所述第二激光器7位于第一反射器6之后，所述输出耦合器9紧靠波导5，所述第二分光器10位于输出耦合器9之后，第二反射器14之前以及第一探测器11之侧，所述第二反射器14置于第二分光器10和第二探测器13之间，所述第三反射器15置于第一分光器3和第二探测器13之间，所述数据处理器12连接第一探测器11和第二探测器13。
实施例2
    本实施例与实施例1基本相同，特别之处如下：
所述第一激光器1和第二激光器7为可变波长的半导体固体激光，光纤激光，气体激光，准分子激光，染料液体激光或激光二极管。
所述电光调制器2为相位控制器、分布耦合器、折射率分布控制器、电光光栅控制器、分支干涉调制器、行进波型光调制器或平衡型桥型光调制器。
所述第一分光器3和第二分光器10为平面镀膜光学元件、波导支叉元件或光纤分束元件。
所述微腔左壁4和微腔右壁8组成的微腔为法布里-珀罗干涉仪、半导体量子阱、平凹腔或双凹腔。
所述波导5为半导体材料、玻璃或有机材料，横截面形状为圆形、方形、梯形或多边形的长条元件。
所述第一反射器6、第二反射器14和第三反射器15为镀膜平面光学元件、波导元件或反射光栅。
所述输出耦合器9为光栅、棱镜、波导或光纤。
所述第一探测器11和第二探测器13为光电二极管（根据光电效应实现的光信号和电信号之间的转换）、或二极管列阵探测器（由二极管排列构成的光信号和电信号转换）、或光电倍增管（光和电信号转换同时进行放大的元件）、或多通道板（多个光子信号通道板接收并转换成电信号的元件）。
所述数据处理器12是光谱仪（处理光信号的频率信息）、或示波器（处理光信号的强度信息）、或计算机（处理光信号的强度信息及成像）、或后续使用装置构成的（处理光信号作为输入信息）。
本发明探测装置的工作过程是：
第一激光器1射出激光射入电光调制器2进行调制，然后射入第一分光器3，经第一分光器3分成两束光，一束光经第三反射器15射入第二探测器13，另一束光射入微腔左壁4和微腔右壁8间的波导5，微腔右壁8可进行微调改变腔内的品质因数，与可调波长的第二激光器7射出经第一反射器6反射来的光同时经第二分光器10分成两束光，一束光射入第一探测器11，另一束光经第二反射器14反射到第二探测器13；数据处理器12对第一探测器11和第二探测器13采集数据进行实时处理。本实施例中，微腔左壁4和微腔右壁8之间的波导5长为5mm，宽为20μm，入射光中心波长800nm，强度10nJ，光谱分辨0.2nm。 

Claims (10)

1.一种变品质因数和变波长高灵敏度微观探测装置，其特征在于，包括第一激光器（1）、电光调制器（2）、第一分光器（3）、微腔左壁（4）、波导（5）、第一反射器（6）、第二激光器（7）、微腔右壁（8）、输出耦合器（9）、第二分光器（10）、第一探测器（11）、数据处理器（12）、第二探测器（13）、第二反射器（14）和第三反射器（15）；所述电光调制器（2）介于第一激光器（1）和第一分光器（3）之间，所述第一分光器（3）位于微腔左壁（4）前，所述波导（5）置于微腔左壁（4）和微腔右壁（8）中间，所述第二激光器（7）位于第一反射器（6）之后，所述输出耦合器（9）紧靠波导（5），所述第二分光器（10）位于输出耦合器（9）之后，第二反射器（14）之前以及第一探测器（11）之侧，所述第二反射器（14）置于第二分光器（10）和第二探测器（13）之间，所述第三反射器（15）置于第一分光器（3）和第二探测器（13）之间，所述数据处理器（12）连接第一探测器（11）和第二探测器（13）。
2.根据权利要求1所述的变品质因数和变波长高灵敏度微观探测装置，其特征在于，所述第一激光器（1）和第二激光器（7）为可变波长的半导体固体激光，光纤激光，气体激光，准分子激光，染料液体激光或激光二极管。
3.根据权利要求1所述的变品质因数和变波长高灵敏度微观探测装置，其特征在于，所述电光调制器（2）为相位控制器、分布耦合器、折射率分布控制器、电光光栅控制器、分支干涉调制器、行进波型光调制器或平衡型桥型光调制器。
4.根据权利要求1所述的变品质因数和变波长高灵敏度微观探测装置，其特征在于，所述第一分光器（3）和第二分光器（10）为平面镀膜光学元件、波导支叉元件或光纤分束元件。
5.根据权利要求1所述的变品质因数和变波长高灵敏度微观探测装置，其特征在于，所述微腔左壁（4）和微腔右壁（8）组成的微腔为法布里-珀罗干涉仪、半导体量子阱、平凹腔或双凹腔。
6.根据权利要求1所述的变品质因数和变波长高灵敏度微观探测装置，其特征在于，所述波导（5）为半导体材料、玻璃或有机材料，横截面形状为圆形、方形、梯形或多边形的长条元件。
7.根据权利要求1所述的变品质因数和变波长高灵敏度微观探测装置，其特征在于，所述第一反射器（6）、第二反射器（14）和第三反射器（15）为镀膜平面光学元件、波导元件或反射光栅。
8.根据权利要求1所述的变品质因数和变波长高灵敏度微观探测装置，其特征在于，所述输出耦合器（9）为光栅、棱镜、波导或光纤。
9.根据权利要求1所述的变品质因数和变波长高灵敏度微观探测装置，其特征在于，所述第一探测器（11）和第二探测器（13）为光电二极管、二极管列阵探测器、光电倍增管或多通道板。
10.根据权利要求1所述的变品质因数和变波长高灵敏度微观探测装置，其特征在于，所述数据处理器（12）为光谱仪、示波器或计算机。
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