CN109631961A - 一种基于双瓶状微型谐振腔的光学传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双瓶状微型谐振腔。所述双瓶状微型谐振腔包括两个回音壁模式光学微腔。所述两个回音壁模式光学微腔的轴线共线并且串联为一体，其中，所述两个回音壁模式光学微腔具有相同形状。本发明还公开了一种包括所述双瓶状微型谐振腔的光学传感器，以及应用所述光学传感器的探测方法。本发明能够减少甚至于消除探测时温度漂移对光学传感器的影响，提高该光学传感器工作时的可靠性。

Description

一种基于双瓶状微型谐振腔的光学传感器

技术领域

本发明涉及光学传感领域，具体地涉及一种双瓶状微型谐振腔、基于双瓶状微型谐振腔的光学传感器及应用该光学传感器的探测方法。

背景技术

光学微型谐振腔，简称光学微腔(微腔)，因其具有极高的品质因子(Q)和极小的模式体积在高灵敏度传感领域得到了很广泛的应用。在微腔中激发出的光沿腔体内壁传输时会形成一种回音壁模式(Whispering gallery mode，WGM)，支持光在腔内很多次传播并得到增强。当光波在腔内满足相位匹配的条件时，在腔内会产生共振，此共振的光具有很窄的谱线宽度，而且在透射谱中表现波谷的形态。假设微腔半径R＞＞λ，光在腔内产生共振的相位匹配条件为mλ/n_s＝2πR，其中，n_s为微腔的等效折射率，m为微腔共振状态下的角向模式数，λ为对应的共振波长。所以，当微腔的材料折射率或者几何尺寸发生改变时，谐振波长也会发生变化，所以，根据波长的偏移量大小来推出微腔特性的变化，进而得到环境特性的变化，这就是微腔用作传感的原理。原理上只要是能引起微腔尺寸、微腔折射率和外界环境折射率变化的物理量，我们都可以用微腔来对其进行传感探测。目前，微腔能够探测的物理量，包括环境折射率、温度、压力、位移、化学物质、气体或液体溶度、纳米粒子、电磁场等。

在过去的二十年内，“赤道型WGM光学微腔”已经被广泛的研究，如微球腔(Microsphere)，微环腔(Microring)，微环芯腔(Microtoroid)和微盘腔(Microdisk)。尽管这些微腔展现了很高的Q值和较小的模式体积，但是它们与波导间的耦合调谐困难，尤其是球腔的椭偏率会影响系统的模式谱，另外它们的自由频谱范围(Free spectral range，FSR)很大，难以在整个FSR范围内调谐。近年来，一种新型瓶状微腔受到广泛关注，此类微腔除了普通微腔的优势，还具有几大特有的优势。第一，瓶状微腔与波导间的耦合可很好地通过将瓶状微腔与锥形光纤接触完成，这降低了对系统的机械稳定性的要求。第二，瓶状微型谐振腔腔是一种高度扁长形状的高Q值WGM微型谐振腔，可形成一系列近等间隔的轴向模式。光在瓶口腔中的转折点之间不断往返，在两个转折点处形成增强的场区域。第三，赤道WGM微腔通常模式谱非常密，在传感领域应用比较困难，而瓶状微腔可通过改变轴向轮廓和设置截止点前设置阻碍来定向选择某些较低轴向模式的光谱，得到比较稀疏，容易识别的谱，这些特性为瓶状微腔在传感中的应用带来了极大的便利。

然而在实际传感应用过程中，回音壁模式微腔的谐振频率对环境中的温度波动非常敏感，其传感探测必须在温控的条件下完成，这给实际微腔在传感中的应用带来了很大的困难，大大地增加了成本，不利于商业化的开发。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了至少解决谐振腔在各种传感应用中的温度漂移问题，本发明设计了一种具有两个回音壁模式光学微腔的谐振腔、以及利用该谐振腔的光学传感器、以及应用该光学传感器的探测方法。

(二)技术方案

本公开的一个方面提供了一种双瓶状微型谐振腔。所述双瓶状微型谐振腔包括两个回音壁模式光学微腔。所述两个回音壁模式光学微腔的轴线共线并且串联为一体，其中，所述两个回音壁模式光学微腔具有相同形状。

可选地，所述两个回音壁模式光学微腔的形状为瓶状，其中，所述瓶状的轮廓沿轴向呈近似抛物线形变化；或者所述两个回音壁模式光学微腔的形状为空心泡状、球状或空心球状。

可选地，所述两个回音壁模式光学微腔的材料是二氧化硅材料、高分子聚合物材料、半导体材料、和晶体材料中的任意一种或多种。

本公开的另一方面提供了一种基于双瓶状微型谐振腔的光学传感器。所述光学传感器包括如上所述的双瓶状微型谐振腔、激光器、波导、以及光学探测仪。其中，所述波导的一端与所述激光器相连，另一端与所述光学探测仪相连，并且所述波导与所述双瓶状微型谐振腔耦合，所述波导与所述双瓶状微型谐振腔的耦合点位于所述两个回音壁模式光学微腔的结合点的位置。其中，所述双瓶状微型谐振腔用于将通过所述波导与所述双瓶状微型谐振腔之间的耦合而进入所述双瓶状微型谐振腔的激光，在所述两个回音壁模式光学微腔中分别形成回音壁式光学谐振以得到用于所述光学传感器探测的谐振光谱。所述波导用于接收所述激光器发射的激光，并通过所述耦合使激光进入所述双瓶状微型谐振腔，通过所述耦合获得所述谐振光谱，以及将所述谐振光谱输出至所述光学探测仪。

可选地，所述光学传感器还包括偏振控制器。所述偏振控制器连接于所述激光器与所述波导之间，用于改变来自所述激光器发射的激光的偏振状态。

可选地，所述波导与所述双瓶状微型谐振腔相接触。以及所述谐振光谱的类型包括洛伦茨共振型、或法诺共振型。

可选地，所述波导包括锥形光纤波导、倾角光纤波导、或者棱镜波导。

本发明的再一方面还提供了一种应用如上所述的光学传感器的探测方法。所述探测方法包括：调整所述波导相对于所述双瓶状微型谐振腔的位置，以在所述双瓶状微型谐振腔的所述两个回音壁模式光学微腔中分别形成回音壁式光学谐振；以所述两个回音壁模式光学微腔中的其中一个为参考腔、另一个为探测腔，在参考环境下对所述参考腔和所述探测腔的光学特性进行标定，获得所述参考腔和所述探测腔关系ΔM₂＝kΔM₁，其中：ΔM₁为所述参考腔在所述参考环境下的谐振光学参数相对于在标准环境下的谐振光学参数的偏移量；ΔM₂为所述探测腔在所述参考环境下的谐振光学参数相对于在所述标准环境下的谐振光学参数的偏移量，其中所述参考环境与所述标准环境仅温度不同；在所述参考腔外敷隔离层后将所述双瓶状微型谐振腔置于探测环境中，获得所述参考腔在与所述探测环境隔离的状态下的光学谐振参数相对于在所述标准环境下的谐振光学参数的偏移量ΔM₃、以及所述探测腔在所述探测环境下的光学谐振参数相对于在所述标准环境下的谐振光学参数的偏移量ΔM₄；以及基于ΔM＝ΔM₄-kΔM₃，获得所述探测环境的物理特性，其中，所述物理特性包括环境折射率、温度、压力、位移、化学物质、气体或液体溶度、纳米粒子、以及电磁场中的至少一个。

可选地，所述探测方法的探测机制包括谐振波长偏移、谐振频率偏移、谐振模式展宽或谐振模式分裂。

可选地，调整所述波导相对于所述双瓶状微型谐振腔的位置，包括将所述波导置于所述双瓶状微型谐振腔的所述两个回音壁模式光学微腔的结合点位置上。

(三)有益效果

本发明的一种基于双瓶状微型谐振腔的光学传感器，涉及双瓶状微型谐振腔、及基于此双瓶状微型谐振腔光学传感器以及探测方法，通过对两个回音壁模式光学微腔中形成的两个模式的谐振光学参数的差值处理，可减少甚至于消除光学传感器工作时温度漂移对系统的影响，提高该光学传感器工作时的可靠性。

附图说明

图1为根据本发明实施例的光学传感器的示意图；

图2为应用本发明实施例的光学传感器的探测方法的流程图；

图3为根据本发明实施例的双瓶状微型谐振腔的几何示意图及其重要参数；

图4为拟合的双瓶状微型谐振腔的抛物线轮廓实施例示意图；

图5为双瓶状微型谐振腔内回音壁模式的归一化强度图；

图6为本发明实施例的光学传感器消除热效应工作原理图；

符号说明：

1-激光器、2-偏振控制器、3-波导、4-双瓶状微型谐振腔、5-光学探测仪

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

图1为根据本发明实施例的光学传感器100的示意图。

如图1所示，根据本发明的实施例的光学传感器100包括激光器1、波导3、双瓶状微型谐振腔4以及光学探测仪5。其中，所述波导3的一端与所述激光器1相连，另一端与所述光学探测仪5相连，并且所述波导3与所述双瓶状微型谐振腔4耦合。所述波导3与所述双瓶状微型谐振腔4的耦合点位于所述两个回音壁模式光学微腔的结合点的位置。其中：所述双瓶状微型谐振腔4包括两个回音壁模式光学微腔41和42，所述两个回音壁模式光学微腔41和42的轴线共线并且串联为一体，其中所述两个回音壁模式光学微腔41和42具有相同形状。所述双瓶状微型谐振腔4用于将通过所述波导3与所述双瓶状微型谐振腔4之间的耦合而进入所述双瓶状微型谐振腔4的激光，在所述两个回音壁模式光学微腔41和42中分别形成回音壁式光学谐振以得到用于所述光学传感器100探测的谐振光谱。所述波导3用于接收所述激光器1发射的激光，并通过所述耦合使激光进入所述双瓶状微型谐振腔4，通过所述耦合获得所述谐振光谱，以及将所述谐振光谱输出至所述光学探测仪5。

根据本发明的另一些实施例，该光学传感器100还可以包括偏振控制器2。偏振控制器2连接于所述激光器1与所述波导3之间，用于改变来自所述激光器1发射的激光的偏振状态。

在该光学传感器100中，波导3与双瓶状微型谐振腔4之间的耦合是该光学传感器100的核心。在本发明的一个实施例中，可以将波导3与双瓶状微型谐振腔4相接触，这样可以提高该光学传感器100的抗干扰性能，尤其是抗震性能。波导3与双瓶状微型谐振腔4之间的耦合效率可通过调节波导3的粗细或者波导的耦合空间位置来实现。波导3与双瓶状微型谐振腔4之间的激发的谐振光谱类型可以是洛伦茨共振型，也可以是法诺Fano共振型。这两种谐振光谱类型都可以用作该光学传感器100的共振谱。

根据本发明的实施例，双瓶状微型谐振腔4具有圆对称结构。两个回音壁模式光学微腔41和42的的形状为瓶状，所述瓶状的轮廓沿轴向呈近似抛物线形变化。在一些实施例中，两个回音壁模式光学微腔41和42的形状为空心泡状、球状或空心球状。在一些实施例中，两个回音壁模式光学微腔41和42的尺寸可以相同。在另一些实施例中，两个回音壁模式光学微腔41和42的尺寸也可以不同。当两个回音壁模式光学微腔41和42的尺寸不同时，两个回音壁模式光学微腔41和42形成的谐振光学参数的值更容易区分，便于检测分析。

所述两个回音壁模式光学微腔41和42的材料可以是二氧化硅材料、高分子聚合物材料、半导体材料、或者晶体材料，或者还可以在某一种材料的双瓶状基础上加镀一层上述的任何一种材料。

根据本发明的实施例，波导3可以是锥形光纤波导、倾角光纤波导、高折射率的棱镜波导、或者其他集成的波导。激光器1可以是可调谐激光器。光学探测仪5可以是光电探测器及示波器、或者光谱仪等。

图2为应用本发明实施例的光学传感器100的探测方法的流程图。

如图2所示，该探测方法包括步骤S1～S4。

在步骤S1，调整所述波导3相对于所述双瓶状微型谐振腔4的位置，以在所述双瓶状微型谐振腔4的所述两个回音壁模式光学微腔41和42中分别形成回音壁式光学谐振。例如，在实验中，可以将所述波导3置于所述双瓶状微型谐振腔4的所述两个回音壁模式光学微腔41和42之间的结合点位置。当波导3置于两个回音壁模式光学微腔41和42的结合点位置时，一般可以激发的模式为两个回音壁模式光学微腔41和42的高阶模。

在步骤S2，以所述两个回音壁模式光学微腔41和42中的其中一个为参考腔、另一个为探测腔(例如，以回音壁模式光学微腔41为参考腔41，以回音壁模式光学微腔42为探测腔42)，在参考环境下对所述参考腔和所述探测腔的光学特性进行标定，获得所述参考腔和所述探测腔关系ΔM₂＝kΔM₁，其中：ΔM₁为所述参考腔41在所述参考环境下的谐振光学参数相对于在标准环境下的谐振光学参数的偏移量；ΔM₂为所述探测腔42在所述参考环境下的谐振光学参数相对于在所述标准环境下的谐振光学参数的偏移量，其中所述参考环境与所述标准环境仅温度不同。其中，该标准环境例如可以是该双瓶状微型谐振腔4的设计参数所限定的环境条件。

在步骤S3，在所述参考腔41外敷隔离层后将所述双瓶状微型谐振腔4置于探测环境中，获得所述参考腔41在与所述探测环境隔离的状态下的光学谐振参数相对于在所述标准环境下的谐振光学参数的偏移量ΔM₃、以及所述探测腔42在探测环境下的光学谐振参数相对于在所述标准环境下的谐振光学参数的偏移量ΔM₄。

最后在步骤S4，基于ΔM＝ΔM₄-kΔM₃，获得所述探测环境的物理特性。其中，所述物理特性包括环境折射率、温度、压力、位移、化学物质、气体或液体溶度、纳米粒子、以及电磁场中的至少一个。根据本发明的实施例，该光学传感器100的探测机制可以是基于波长偏移、频率偏移、频谱模式分裂、频谱模式展宽中的任意一种进行。在不同探测机制下，对应的谐振光学参数M不同。具体而言，所述探测方法的探测机制可以包括谐振波长偏移、谐振频率偏移、谐振模式展宽或谐振模式分裂。

根据本发明实施例的光学传感器100，可探测例如环境折射率、温度、压力、位移、化学物质、气体溶度、纳米粒子等物理量。该光学传感器100具有稳定、可调谐、尺寸小、重量轻、高灵敏度的优势。其中，与同等尺寸的赤道型WGM光学微腔相比，该双瓶状微型谐振腔4更加耦合稳固，并且可得到比较稀疏且容易识别的频谱，另外，FSR要小很多，有利于其在精密传感中的调谐。与同等尺寸的瓶状微腔相比，可以减小甚至完美消除温度漂移的影响。与多微腔组合式系统相比，传感结构更加简单，更易于封装与集成。

以下通过具体的应用示例，对根据本发明实施例的双瓶状微型谐振腔4、光学传感器100以及应用光学传感器100进行探测的工作原理和方法过程进行进一步地详细描述。

具体地，如图1所示，根据本发明的一个实施例，光学传感器100可以包括激光器1、偏振控制器2、波导3、双瓶状微型谐振腔4和光学探测仪5。其中，激光器1与偏振控制器2相连，偏振控制器2与波导3相连，波导3与双瓶状微型谐振腔4相接触，波导3与光学探测仪5相连。

工作时，激光器1产生的激光，通过改变其偏振状态的偏振控制器2，之后通过波导3耦合进入双瓶状微型谐振腔4。在两个回音壁模式光学微腔41和42中分别形成共振，并由波导3耦合输出至光学探测仪5。光学探测仪5将光信号转换为电信号。在光学探测仪5的输出端可得到用于探测的透射谱。

双瓶状微型谐振腔4可以通过CO₂激光器或者电弧放电加上软化和压缩等手段制得。波导3可通过热拉法制得。

图3为根据本发明实施例的双瓶状微型谐振腔4的几何示意图及其重要参数。

图4为拟合的双瓶状微型谐振腔4的抛物线轮廓实施例示意图。

结合图1、图3和图4，双瓶状微型谐振腔4是一种圆对称结构，在轴向两端轮廓沿轴向呈近似的瓶口形状变化，均支持可调谐的回音壁模式。主要参数有腔体离瓶颈两端的直径L_b1，L_b2，腔体两端瓶中心直径D_b1，D_b2，连接微腔的光纤柄的直径D_s，可用近似的抛物线的轮廓模型来拟合双瓶状微型谐振腔4。如下所示，轮廓模型可表示为z坐标的函数D(z)：

利用如下的参数对双瓶状微型谐振腔4进行拟合：D_b1＝130μm，D_b2＝150μm，D_s＝125μm，L_b1＝L_b2＝150μm，轮廓曲线两端的曲率分别为Δk1＝0.009，Δk2＝0.0137，双瓶状微型谐振腔4的轮廓拟合结果如图4所示。需要说明的是，图4仅是示意了一个计算示例，图4的计算中所选的参数与图3中的双瓶状微型谐振腔4中的两个回音壁模式光学微腔41和42的参数并不相同。

可通过双瓶状微型谐振腔4的波动方程来求解其本征函数，以近似的抛物线型轮廓为例，p，m和q分别双瓶状微型谐振腔4在轴向上，角向上和径向上的模式数，表示轴向上的波动方程可解得：

其中，Z(z)是轴向上的波的能量分布，z是双瓶状微型谐振腔4的轮廓模型轴向的坐标，H_p为m阶的厄米多项式，ΔE_m＝4U_mΔk/D_b，C为常数。而α_q为Airy函数的q阶根，α_q依次解为2.3381，4.0897，5.5205，6.7867。

各模式的谐振波长可表示为：

λ₀＝2πn_s((2U_m/D_b)²+(q+1/2)ΔE_m)^-1/2

可以利用如下的参数对双瓶状微型谐振腔4的轴向上的模式分布进行计算：两端角向模式数m＝356，轴向模式数p＝1，3，32和p＝1，5，35。轴向上的归一化强度分布如图5所示。

图5为双瓶状微型谐振腔4内回音壁模式的归一化强度图。

由图5可以看出，在双瓶状微型谐振腔4的轴向两端均存在相应的回音壁模式，当将波导3置于双瓶状微型谐振腔4的两个回音壁模式光学微腔41和42之间的结合点位置上时，两个回音壁模式光学微腔41和42均能产生相应的谐振模式。

图6为本发明实施例的光学传感器100消除热效应工作原理图。

光学传感器100探测过程消除温度偏移引起的热效应的工作原理如图6所示。由于双瓶状微型谐振腔4的两个回音壁模式光学微腔41和42均能产生相应的回音壁模式。所以两个回音壁模式光学微腔41和42均能作为独立腔使用。以其中一个回音壁模式光学微腔作为参考腔，而另一个回音壁模式光学微腔作为探测腔(例如，以回音壁模式光学微腔41为参考腔41，以回音壁模式光学微腔42为探测腔42)。利用参考腔41和探测腔42的差动效应用作传感探测。参考腔41和探测腔42存在各种回音壁模式，当波导3只有在某些合适的位置才能同时激发他们各种的模式。当波导3置于两个回音壁模式光学微腔41和42结合点位置时，一般激发的模式为两个回音壁模式光学微腔41和42的高阶模。将光学传感器置于所需探测的相关物理量环境(即，探测环境)中，可用来做折射率，温度，压力，气体溶度，生物或者化学物质，纳米粒子等物理量。

具体操作步骤可以结合图2的示意。步骤S1，调整波导3置于合适的位置，在两个回音壁模式光学微腔41(即，参考腔41)和42(即，探测腔42)同时形成回音壁式光学谐振。步骤S2，对光学传感器100进行标定，将参考腔41和探测腔42置于正常大气环境下，分别测参考腔41和探测腔42中激发的谐振波长偏移量Δλ₁、Δλ₂，如图6(1)所示。两者存在线性关系Δλ₂＝kΔλ₁，由此得到k值。然后在步骤S3，在参考腔41外用真空封闭或者镀低折射率膜层等手段形成隔离层，然后将双瓶状微型谐振腔4放置到探测环境中。由于参考腔41外有隔离层，所以参考腔41所处的真实环境是与探测环境相隔离的。此时，分别测参考腔41和探测腔42中激发的谐振波长偏移量Δλ₃，Δλ₄，如图6(2)所示。然后在步骤S4，得到消除热效应后的波长偏移量Δλ＝Δλ₄-kΔλ₃，从而基于Δλ，来获得所述探测环境的物理特性。

尽管参考腔41外敷隔离层后与探测环境形成隔离，但是由于双瓶状微型谐振腔4置于探测环境中，参考腔41和探测腔42对温度引起的热膨胀系数相同，所以在光学传感器100工作时，可以通过参考腔41和探测腔42的差动效应，减少甚至于消除温度漂移等外界环境因素对光学传感器100的影响。

对于不同探测环境的举例示例如下。

光学传感器100工作时，参考腔41和探测腔42的谐振波长偏移量需单独考虑，参考腔谐振波长偏移量Δλ₃主要是由腔内的热膨胀效应引起其中，R为参考腔的等效半径，ΔR为热膨胀效应引起的腔体的形变。探测腔谐振波长偏移量Δλ₄除了由于外界环境变化引起的偏移量外，还有热膨胀效应引起的偏移量。消除热效应的谐振偏移量Δλ＝Δλ₄-kΔλ₃。

光学传感器100工作时，当周边环境某些物理量发生变化时，会使回音壁模式光学微腔41和42内的谐振波长产生偏移，这种工作机制可以用微扰理论来解释，谐振波长偏移量Δλ可表示为：

其中，λ为模式的谐振波长，E(r)、∈_r(r)分别为回音壁模式光学微腔电场和相对介电常数沿回音壁模式光学微腔径向的分布，V_p为回音壁模式光学微腔的面积，V表示为整个空间，E_p代表产生作用的电场。接下来具体分析光学传感器100在探测所需物理量的工作机制。

当光学传感器100周边环境的折射率或周边环境的气体或者液体溶度发生变化时，主要是影响回音壁模式光学微腔的有效折射率，另外还有部分分布在腔外的倏逝场。谐振波长偏移量Δλ可表示为：

其中，n(r)代表回音壁模式光学微腔径向的折射率分布。

当光学传感器100周边环境的存在纳米粒子，或者其他生化物质时，其工作机制为环境中的微小粒子对回音壁模式光学微腔的回音壁模式在腔外倏逝场的扰动作用。谐振波长偏移量Δλ可表示为：

其中，α_ex为纳米粒子的极化率，r_p为纳米粒子相对回音壁模式光学微腔的位置。

当光学传感器100周边环境的温度发生变化时，主要是影响回音壁模式光学微腔的有效折射率和回音壁模式光学微腔尺寸，主要考虑回音壁模式光学微腔材料的热膨胀和热光效应，回音壁模式光学微腔内产生的谐振波长偏移量Δλ满足：

其中，ΔR为温度引起的折射率为n。由于材料的热膨胀效应已被参考腔的谐振偏移量消除，光学传感器100谐振波长偏移量Δλ仅由折射率变化量引起。

另外，光学传感器100探测压力、位移、电场、或磁场等物理量时，主要是影响回音壁模式光学微腔的尺寸。在这些物理量的作用下，双瓶状微型谐振腔4的材料会发生形变。谐振波长偏移满足ΔR为探测量引起的腔体形变量。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种双瓶状微型谐振腔，其特征在于，包括：

两个回音壁模式光学微腔，所述两个回音壁模式光学微腔的轴线共线并且串联为一体；其中

所述两个回音壁模式光学微腔具有相同形状。

2.根据权利要求1所述的双瓶状微型谐振腔，其特征在于：

所述两个回音壁模式光学微腔的形状为瓶状，所述瓶状的轮廓沿轴向呈近似抛物线形变化；或者

所述两个回音壁模式光学微腔的形状为空心泡状、球状或空心球状。

3.根据权利要求1或2所述的双瓶状微型谐振腔，其特征在于：

所述两个回音壁模式光学微腔的材料是二氧化硅材料、高分子聚合物材料、半导体材料、和晶体材料中的任意一种或多种。

4.一种基于双瓶状微型谐振腔的光学传感器，其特征在于，包括：

根据权利要求1～3任意一项所述的双瓶状微型谐振腔；

激光器；

波导；以及

光学探测仪；其中，所述波导的一端与所述激光器相连，另一端与所述光学探测仪相连，并且所述波导与所述双瓶状微型谐振腔耦合，所述波导与所述双瓶状微型谐振腔的耦合点位于所述两个回音壁模式光学微腔的结合点的位置；

其中：

所述双瓶状微型谐振腔用于将通过所述波导与所述双瓶状微型谐振腔之间的耦合而进入所述双瓶状微型谐振腔的激光，在所述两个回音壁模式光学微腔中分别形成回音壁式光学谐振以得到用于所述光学传感器探测的谐振光谱；

所述波导用于接收所述激光器发射的激光，并通过所述耦合使激光进入所述双瓶状微型谐振腔，通过所述耦合获得所述谐振光谱，以及将所述谐振光谱输出至所述光学探测仪。

5.根据权利要求4所述的光学传感器，其特征在于，还包括：

偏振控制器，连接于所述激光器与所述波导之间，用于改变来自所述激光器发射的激光的偏振状态。

6.根据权利要求4所述的光学传感器，其特征在于：

所述波导与所述双瓶状微型谐振腔相接触；以及

所述谐振光谱的类型包括洛伦茨共振型、或法诺共振型。

7.根据权利要求4所述的光学传感器，其特征在于：

所述波导包括锥形光纤波导、倾角光纤波导、或者棱镜波导。

8.一种应用根据权利要求4～7中任意一项所述的光学传感器的探测方法，包括：

调整所述波导相对于所述双瓶状微型谐振腔的位置，以在所述双瓶状微型谐振腔的所述两个回音壁模式光学微腔中分别形成回音壁式光学谐振；

以所述两个回音壁模式光学微腔中的其中一个为参考腔、另一个为探测腔，在参考环境下对所述参考腔和所述探测腔的光学特性进行标定，获得所述参考腔和所述探测腔关系ΔM₂＝kΔM₁，其中：ΔM₁为所述参考腔在所述参考环境下的谐振光学参数相对于在标准环境下的谐振光学参数的偏移量；ΔM₂为所述探测腔在所述参考环境下的谐振光学参数相对于在所述标准环境下的谐振光学参数的偏移量，其中所述参考环境与所述标准环境仅温度不同；

在所述参考腔外敷隔离层后将所述双瓶状微型谐振腔置于探测环境中，获得所述参考腔在与所述探测环境隔离的状态下的光学谐振参数相对于在所述标准环境下的谐振光学参数的偏移量ΔM₃、以及所述探测腔在所述探测环境下的光学谐振参数相对于在所述标准环境下的谐振光学参数的偏移量ΔM₄；以及

基于ΔM＝ΔM₄-kΔM₃，获得所述探测环境的物理特性，其中，所述物理特性包括环境折射率、温度、压力、位移、化学物质、气体或液体溶度、纳米粒子、以及电磁场中的至少一个。

9.根据权利要求8所述的探测方法，其中，所述探测方法的探测机制包括：

谐振波长偏移、谐振频率偏移、谐振模式展宽或谐振模式分裂。

10.根据权利要求8所述的探测方法，其中，调整所述波导相对于所述双瓶状微型谐振腔的位置，包括：

将所述波导置于所述双瓶状微型谐振腔的所述两个回音壁模式光学微腔的结合点位置上。