CN107014522A - 一种回音壁模式光学谐振腔温度传感系统 - Google Patents

一种回音壁模式光学谐振腔温度传感系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种回音壁模式光学谐振腔温度传感系统，该系统的宽带光源的发射端与隔离器的输入端连接，隔离器的输出端与衰减器的输入端连接，衰减器的输出端与光纤锥输入端之间的光纤上设置有偏振控制器。光纤锥中的光场通过倏逝波耦合的方式进入谐振腔，腔内光场经光纤锥耦合输出至光谱仪的接收端。传感系统中宽带光源、隔离器、衰减器、偏振控制器、光纤锥和光谱仪之间的连接均采用光纤连接。本发明所述的回音壁模式光学谐振腔温度传感系统，通过在气泡腔内外引入温度敏感介质来提高谐振腔的温度传感精度，可应用于高精度的温度测量中。

Description

一种回音壁模式光学谐振腔温度传感系统
技术领域
本发明涉及的是一种回音壁模式(Whispering gallery mode,WGM)光学谐振腔温度传感系统，属于光学领域。
背景技术
温度作为国际单位七个基本物理量之一，在物理学中占有重要地位，温度测量对国民经济、国防建设和科学研究十分重要。随着温度传感应用需求的发展，在很多时候现有的温度传感系统已经无法满足高精度的测量要求。而易与光纤系统集成、体积小、具备远程监测能力的光学谐振腔具有很高的测量精度，在温度测量方面有着自身独特的优势。我们利用WGM光学谐振腔设计了一种高精度的温度传感系统，可以精确的测量温度信号。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出了一种回音壁模式光学谐振腔温度传感系统。
一种回音壁模式光学谐振腔温度传感系统，包括宽带光源、隔离器、衰减器、偏振控制器、光纤锥、WGM谐振腔结构的气泡腔、温度敏感介质、用于固定谐振腔和光纤锥的盒子，以及光谱仪；其特征在于：宽带光源的发射端与隔离器的输入端连接，隔离器的输出端与衰减器的输入端连接，衰减器的输出端与光纤锥输入端之间的光纤上设置有偏振控制器。光纤锥中的光场通过倏逝波耦合的方式进入WGM谐振腔结构的气泡腔，腔内光场经光纤锥耦合输出至光谱仪的接收端；WGM谐振腔结构的气泡腔的内外都设有温度敏感介质，传感系统中宽带光源、隔离器、衰减器、偏振控制器、光纤锥、光谱仪之间的连接均采用光纤连接。温度变化导致温度敏感介质的折射率发生变化，进而导致谐振腔的谐振波长发生变化，通过光谱仪测得的谐振波长的移动可以解调出环境温度的变化。光纤锥与盒子接触位置滴入紫外固化胶，调整光纤锥的位置至最佳的耦合状态，利用紫外灯照射使胶水固化，进而固定光纤锥的位置；所述的光纤锥与WGM谐振腔结构在进行温度传感时始终处于耦合状态；谐振腔外表面存在倏逝波。
所述的光纤锥的锥区部分的截面直径小于输入光波长；
所述的WGM谐振腔结构是外界环境温度传感单元，感知环境温度的变化；
所述的温度敏感介质为PDMS；
所述的WGM谐振腔结构中腔内和腔外温度敏感介质的折射率分布要保证光场可以在腔内传输，同时还要保证光在其中传输时有倏逝波存在于谐振腔外表面；当温度敏感介质随温度变化时，仍保证腔的正常工作状态。
所述的气泡腔的材料为二氧化硅。
本发明中的传感系统在进行温度传感时具有很高的灵敏度。同时，该系统主要由光纤构建，体积小，易于集成，可进行远程监控，适于恶劣环境下的温度监测。
附图说明
图1为发明的WGM光学谐振腔温度传感系统的结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步阐明本发明的实质性特点和显著进步，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施方式：
具体实施方式一：如图1所示，本实施方式所述的WGM光学谐振腔温度传感系统包括宽带光源1、隔离器2、衰减器3、偏振控制器4、光纤锥5、WGM谐振腔结构(内外含温度敏感介质7的气泡腔6)、用于固定谐振腔和光纤锥的盒子8，以及光谱仪9。宽带光源1的发射端与隔离器2的输入端连接，隔离器2的输出端与衰减器3的输入端连接，衰减器3的输出端与光纤锥5输入端之间的光纤上设置有偏振控制器4。光纤锥5中的光场通过倏逝波耦合的方式进入谐振腔内，腔内光场也可以经过光纤锥5耦合输出至光谱仪9的接收端。传感系统中宽带光源1、隔离器2、衰减器3、偏振控制器4、光纤锥5、光谱仪9之间的连接均采用光纤连接。温度变化导致温度敏感介质8的折射率发生变化，进而导致谐振腔的谐振波长发生变化，通过光谱仪9测得的谐振波长移动可以解调出环境温度的变化。
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式是对实施方式一所述的WGM光学谐振腔温度传感系统的进一步限定，所述的气泡腔6内温度敏感介质7可以不必全部填充，只要保证光在腔内循环时可以感受其折射率变化即可。气泡腔6外涂覆的温度敏感介质只要覆盖光场传感的路径即可。且腔内外的温度敏感介质要保证光场在谐振腔内可以传输。
具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式是对实施方式一所述的WGM光学谐振腔温度传感系统的进一步限定，先将谐振腔固定在盒子8内，利用光线锥5将光耦合进入谐振腔内，在光纤锥与盒子8接触位置滴入紫外固化胶，继续调整光纤锥5的位置至最佳的耦合状态，利用紫外灯照射使胶水固化，进而固定光纤锥的位置。

Claims (6)

1.一种回音壁模式光学谐振腔温度传感系统，包括宽带光源(1)、隔离器(2)、衰减器(3)、偏振控制器(4)、光纤锥(5)、WGM谐振腔结构的气泡腔(6)、温度敏感介质(7)、用于固定谐振腔和光纤锥的盒子(8)，以及光谱仪(9)；其特征在于：宽带光源(1)的发射端与隔离器(2)的输入端连接，隔离器(2)的输出端与衰减器(3)的输入端连接，衰减器(3)的输出端与光纤锥(5)输入端之间的光纤上设置有偏振控制器(4)。光纤锥(5)中的光场通过倏逝波耦合的方式进入WGM谐振腔结构的气泡腔(6)，腔内光场经光纤锥(5)耦合输出至光谱仪(9)的接收端；WGM谐振腔结构的气泡腔(6)的内外都设有温度敏感介质(7)，传感系统中宽带光源(1)、隔离器(2)、衰减器(3)、偏振控制器(4)、光纤锥(5)、光谱仪(9)之间的连接均采用光纤连接。温度变化导致温度敏感介质(7)的折射率发生变化，进而导致谐振腔的谐振波长发生变化，通过光谱仪(9)测得的谐振波长的移动可以解调出环境温度的变化。光纤锥(5)与盒子(8)接触位置滴入紫外固化胶，调整光纤锥(5)的位置至最佳的耦合状态，利用紫外灯照射使胶水固化，进而固定光纤锥的位置；所述的光纤锥与WGM谐振腔结构在进行温度传感时始终处于耦合状态；谐振腔外表面存在倏逝波。
2.根据权利要求1所述的一种回音壁模式光学谐振腔温度传感系统，其特征在于：所述的光纤锥的锥区部分的截面直径小于输入光波长。
3.根据权利要求1所述的一种回音壁模式光学谐振腔温度传感系统，其特征在于：所述的WGM谐振腔结构是外界环境温度传感单元，感知环境温度的变化。
4.根据权利要求1所述的一种回音壁模式光学谐振腔温度传感系统，其特征在于：所述的温度敏感介质为PDMS。
5.根据权利要求1所述的一种回音壁模式光学谐振腔温度传感系统，其特征在于：所述的WGM谐振腔结构中腔内和腔外温度敏感介质的折射率分布要保证光场可以在腔内传输，同时还要保证光在其中传输时有倏逝波存在于谐振腔外表面；当温度敏感介质随温度变化时，仍保证腔的正常工作状态。
6.根据权利要求1所述的一种回音壁模式光学谐振腔温度传感系统，其特征在于：所述的气泡腔的材料为二氧化硅。
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108957366A (zh) * 2018-06-19 2018-12-07 杭州电子科技大学 基于微气泡腔机械模式可调谐特性的直流磁场传感系统
CN109186641A (zh) * 2018-08-01 2019-01-11 中国电子科技集团公司第十研究所 一种制造光纤传感器的方法、及光纤传感器
CN109799002A (zh) * 2019-03-21 2019-05-24 中山大学 一种全光调谐温度传感器及其制备方法
CN110471008A (zh) * 2019-08-08 2019-11-19 天津大学 基于偏心空心微球腔的矢量光纤磁场传感器及其制作方法
CN112113923A (zh) * 2020-09-24 2020-12-22 中山大学 一种基于回音壁模式微泡腔耦合co2传感器及制作方法
CN112393819A (zh) * 2020-11-18 2021-02-23 海南大学 一种温度传感器
CN112577628A (zh) * 2020-12-14 2021-03-30 武汉理工大学 一种强倏逝场干涉仪级联光反射器件的高灵敏温度传感器
CN108957367B (zh) * 2018-06-19 2021-05-07 杭州电子科技大学 一种高空间分辨率光学微球腔磁场传感系统
CN113805124A (zh) * 2021-08-24 2021-12-17 杭州电子科技大学 双参考型混合结构补偿温度效应影响的磁场传感系统

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7218803B1 (en) * 2006-03-24 2007-05-15 Fitel Usa Corp. Microsphere probe for optical surface microscopy and method of using the same
US20070237460A1 (en) * 2006-04-07 2007-10-11 Xudong Fan Hollow Core Optical Ring Resonator Sensor, Sensing Methods, and Methods of Fabrication
CN102798624A (zh) * 2012-08-08 2012-11-28 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 基于回音壁模式的近场拉曼生物传感器
CN202582569U (zh) * 2012-05-22 2012-12-05 浙江师范大学 基于回音壁模式光学微腔的分布式fbg解调装置
CN105024269A (zh) * 2015-07-10 2015-11-04 北京大学 一种自由空间光学微腔拉曼激光传感装置及其传感方法
CN105098575A (zh) * 2015-07-22 2015-11-25 南京邮电大学 一种混合介质微腔全光调谐的窄带光纤激光器
CN105244757A (zh) * 2015-11-13 2016-01-13 重庆大学 一种基于侧边抛磨光纤为载体和传输通道的微激光器及其制备方法和应用
US20160167052A1 (en) * 2014-12-15 2016-06-16 Technion Research & Development Foundation Limited Method and system for maintaining and analyzing a micro-droplet
CN106058626A (zh) * 2007-06-13 2016-10-26 Oe电波公司 锁定至回音壁模式谐振腔的可调谐激光器
CN106921106A (zh) * 2017-04-26 2017-07-04 中国电子科技集团公司第三十八研究所 一种轻小型超低相噪光电振荡器及其光学微腔制作方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7218803B1 (en) * 2006-03-24 2007-05-15 Fitel Usa Corp. Microsphere probe for optical surface microscopy and method of using the same
US20070237460A1 (en) * 2006-04-07 2007-10-11 Xudong Fan Hollow Core Optical Ring Resonator Sensor, Sensing Methods, and Methods of Fabrication
CN106058626A (zh) * 2007-06-13 2016-10-26 Oe电波公司 锁定至回音壁模式谐振腔的可调谐激光器
CN202582569U (zh) * 2012-05-22 2012-12-05 浙江师范大学 基于回音壁模式光学微腔的分布式fbg解调装置
CN102798624A (zh) * 2012-08-08 2012-11-28 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 基于回音壁模式的近场拉曼生物传感器
US20160167052A1 (en) * 2014-12-15 2016-06-16 Technion Research & Development Foundation Limited Method and system for maintaining and analyzing a micro-droplet
CN105024269A (zh) * 2015-07-10 2015-11-04 北京大学 一种自由空间光学微腔拉曼激光传感装置及其传感方法
CN105098575A (zh) * 2015-07-22 2015-11-25 南京邮电大学 一种混合介质微腔全光调谐的窄带光纤激光器
CN105244757A (zh) * 2015-11-13 2016-01-13 重庆大学 一种基于侧边抛磨光纤为载体和传输通道的微激光器及其制备方法和应用
CN106921106A (zh) * 2017-04-26 2017-07-04 中国电子科技集团公司第三十八研究所 一种轻小型超低相噪光电振荡器及其光学微腔制作方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
LIN NAI 等: "Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ ａｎｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｕｓｉｎｇ ａ ｍｉｃｒｏｒｉｎｇ ｒｅｓｏｎａｔｏ", 《CHIN OPT LETT》 *

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108957366A (zh) * 2018-06-19 2018-12-07 杭州电子科技大学 基于微气泡腔机械模式可调谐特性的直流磁场传感系统
CN108957366B (zh) * 2018-06-19 2021-03-23 杭州电子科技大学 基于微气泡腔机械模式可调谐特性的直流磁场传感系统
CN108957367B (zh) * 2018-06-19 2021-05-07 杭州电子科技大学 一种高空间分辨率光学微球腔磁场传感系统
CN109186641A (zh) * 2018-08-01 2019-01-11 中国电子科技集团公司第十研究所 一种制造光纤传感器的方法、及光纤传感器
CN109799002A (zh) * 2019-03-21 2019-05-24 中山大学 一种全光调谐温度传感器及其制备方法
CN110471008A (zh) * 2019-08-08 2019-11-19 天津大学 基于偏心空心微球腔的矢量光纤磁场传感器及其制作方法
CN112113923A (zh) * 2020-09-24 2020-12-22 中山大学 一种基于回音壁模式微泡腔耦合co2传感器及制作方法
CN112393819A (zh) * 2020-11-18 2021-02-23 海南大学 一种温度传感器
CN112577628A (zh) * 2020-12-14 2021-03-30 武汉理工大学 一种强倏逝场干涉仪级联光反射器件的高灵敏温度传感器
CN112577628B (zh) * 2020-12-14 2023-01-17 武汉理工大学 一种强倏逝场干涉仪级联光反射器件的高灵敏温度传感器
CN113805124A (zh) * 2021-08-24 2021-12-17 杭州电子科技大学 双参考型混合结构补偿温度效应影响的磁场传感系统
CN113805124B (zh) * 2021-08-24 2023-08-29 杭州电子科技大学 双参考型混合结构补偿温度效应影响的磁场传感系统

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