CN113686367B - 基于光纤耦合诱导透明的传感结构、制作工艺和传感装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于光纤耦合诱导透明的传感结构、制作工艺和传感装置；传感结构包括光纤，在光纤上包括输出直波导、输入直波导、第一谐振腔以及第二谐振腔，第一谐振腔为微环谐振腔，第二谐振腔为F‑P腔结构；其中，第一谐振腔位置固定，第二谐振腔宽度与输入直波导宽度相等，第二谐振腔末端设置有波纹膜片，第二谐振腔的纵向中轴线在第一谐振腔所处平面，第一谐振腔的横向中轴线与第二谐振腔的对称轴对称，将微环谐振腔和F‑P腔结构光学耦合连接，以用于光信号在微环谐振腔和F‑P腔结构内自由传导，光信号经第二谐振腔结构在光纤内部进行干涉耦合，经耦合区波导进入微环谐振腔内进行二次耦合，干涉耦合以及二次耦合视为两个一类的激发态。

Description

基于光纤耦合诱导透明的传感结构、制作工艺和传感装置
技术领域
本发明涉及传感器制造技术领域，具体是一种基于光纤耦合诱导透明的传感结构、制作工艺和传感装置。
背景技术
光纤微位移传感是一种新型传感技术，它广泛使用于机械制造过程、生物工程领域以及测量力、电流、电压、加速度、折射率、水位等物理量。由于测定这些因素和装置在光通信、微纳传感探测以及环境监测中具有重要意义，所以对光纤微位移传感器的研究已经显得非常重要。目前典型的光纤微位移传感主要可分为谐振环传感和谐振腔传感两大类，由于光纤环形谐振器易于制作、成本低廉且特别适合于在易燃、易爆、空间受严格限制的或者受强电磁干扰的恶劣环境中应用。
现有的技术采用光纤环形谐振器实现微位移传感具有较大优势，但是谐振腔多采用基于等离子体诱导透明效应的金属腔结构，需要通过SPPs与光场之间相互作用以实现对光传播的主动操控。以上测量精度尚可，但其无法实现紧凑化，为适应高精度集成化发展，其测量技术由于本身属性的影响存在一定的局限性。
日前有提出将外延性光栅F-P型和微环谐振腔级联的方案，从而使其对比于以往的多微环谐振腔级联方式体积可以更小，从而减少成本，但是该方式的灵敏度仍然不够，商用还是存在部分限制性。
另一方面，诱导透明近年来被人们逐渐提出。电磁诱导透明即电磁波引发透明，其一般是用两束光同时照射到原子介质(如大量原子组成的气体)，使得其中一束光能够在与原子跃迁共振时通过原子介质而不产生吸收和反射的现象；等离子体诱导透明也称为类电磁诱导透明，其是类电磁诱导透明在等离子体方向的一种现象。耦合谐振腔诱导透明效应是通过耦合光学谐振腔的相干耦合实现类电磁诱导透明效应，这种光学微腔中的类电磁诱导透明效应在光信号延迟器、光缓存器等方面有潜在的应用价值。同时，对于不断朝着集成化、芯片化发展的集成光学来说，微腔又有着不可比拟的优势。在现有的对微位移/微应力的检测技术领域中，在将微腔的优势和基于光纤耦合透明诱导的传感技术相结合的实例几乎没有。
发明内容
为解决上述技术问题，以实现将光纤耦合透明诱导透明和微腔结合，本发明的目的是提供一种用于基于光纤耦合诱导透明的传感结构、传感器及传感装置。
首先，本申请实施例提供一种基于光纤耦合诱导透明的传感结构，传感结构包括多段光纤，在光纤上包括输出直波导、输入直波导，输出直波导、输入直波导之间还包括第一谐振腔以及第二谐振腔，第一谐振腔为微环谐振腔，第二谐振腔为F-P腔结构；其中，微环谐振腔位置固定，F-P腔结构宽度与输入直波导宽度相等，F-P腔结构末端设置有波纹膜片，F-P腔结构的纵向中轴线在微环谐振腔所处平面，微环谐振腔的横向中轴线与F-P腔结构的对称轴对称，将微环谐振腔和F-P腔结构光学耦合连接，以用于光信号在微环谐振腔和F-P腔结构自由传导，光信号经F-P腔结构在光纤内部进行干涉耦合，经耦合区波导进入微环谐振腔内进行二次耦合，干涉耦合以及二次耦合视为两个一类的激发态；在对称结构的情况下下，两个激发态相互影响，形成一个光谱；在外界影响下，微环谐振腔与F-P腔结构从对称位置变为不对称结构，微环谐振腔与F-P腔结构的两个激发状态通过不对称结构激发出两种模式的光信号，这两种模式之间的相互作用使光谱分裂成两个禁带，并在两个禁带间呈现透明窗口。
在该实施例中，第一谐振腔和第二谐振腔所对应的相邻谐振波长的间距不同，以使第一谐振腔与第二谐振腔均具有选频作用，并具有不同的自由光谱范围。
在该实施例中，第一谐振腔包括环状波导，第一谐振腔与输入直波导中的第二谐振腔段级联以光学耦合，实现输入直波导与第一谐振腔之间的光信息传导。
在该实施例中，光信号从输入直波导输入时，垂直入射第二谐振腔。
在该实施例中，微环谐振腔和F-P腔结构之间的介质为空气，F-P腔结构与输入直波导相连，F-P腔结构由光纤的插头的平整端面与波纹膜片的内表面构成。
在该实施例中，光纤包括以下至少一者：单模光纤、多模光纤、光子晶体光纤、纳米光纤。
另一方面，本申请还提供一种基于光纤耦合诱导透明的的制作工艺，用于制作上述的基于光纤耦合诱导透明的传感结构，制作工艺包括：
在基材上固定位置设置微环谐振腔；
选用单模光纤，将单模光纤的一端剥去涂覆层，将光纤用酒精擦拭干净；用切割刀将剥去涂覆层的一端切平以行成平整端面，在平整端面槽刻F-P腔结构，其中F-P腔结构的纵向中轴线在微环谐振腔所处平面，微环谐振腔的横向中轴线与F-P腔结构的对称轴对称；
将微环谐振腔和F-P腔结构采用结构对接以及接口匹配以光学耦合连接。
另外，本申请还提供一种基于光纤耦合诱导透明的传感装置，包括上述的基于光纤耦合诱导透明的传感结构，传感结构封装于光纤传感单元，传感系统装置还包括：光信号发射器、光隔离器、光电转换器、光谱仪以及数据解析系统；其中，光信号发射器输出入射光，通过光隔离器对入射光的方向进行限制，输出端经光电转换器与光纤传感单元的输入端连接，以对光信号的方向进行限制，并通过光纤传感单元进行传感，然后将光纤传感单元的输出光通过转换器进入光谱仪，调制解调器电性连接光谱仪，通过光谱仪分析数据以得到对应的传感数据。
在该实施例中，调制解调器通过透明窗口功率检测方式或者双波长差解调方式对光信号进行解调；光信号发射器所发射的光信号为波长为800nm至1800nm的连续谱激光光源。
在该实施例中，传感装置还包括光纤激光器、光信号发射器和光纤激光器连接，以使发射光信号的入射光至光纤激光器以激光振荡输出。
通过上述技术方案，本发明实施例所提供的传感结构，即将微环谐振腔和F-P腔结构的优势相结合的光纤谐振腔耦合诱导透明这一方式所生产的传感结构，用于检测外界微位移/微应力的影响，具有较高的敏感性。特别的，这种技术采用一个光学谐振腔和另一光学谐振腔达成对称耦合条件，利用诱导透明效应，使得在达到相同传感性能的条件下，减小光学传感的体积的同时进一步提高微位移/微应力的测量精度，可以实现光学传感器的微型化与集成传感系统。本光学传感技术既可用于机械制造时评定部件的工作精确度和判断误差，也可用于深海水的压力测量，具有制作工艺标准化、便于集成化、感知精度高及适用范围广等一系列优势。
本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：
图1示意性示出了根据本发明实施例所提供的传感结构的结构示意图；
图2示意性示出了根据本发明实施例所提供的传感结构的制作工艺的流程图；
图3示意性示出了根据本发明实施例所提供的传感单元的结构示意图；
图4示意性示出了根据本发明实施例所提供的传感系统的连接拓扑图；以及
图5示意性示出了根据本发明实施例所提供的传感结构输出透过率曲线示意图。
附图标记说明
100、传感结构； 1、输入直波导；
2、第一谐振腔； 3、第二谐振腔；
4、输出直波导； 10、光纤；
101、光纤传感单元； 201、光信号发射器；
202、光隔离器； 203、光电转换器；
204、光谱仪； 205、数据解析系统。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“或”的含义为，包括三个并列的方案，以“A或B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
【实施例一】：一种传感结构的总发明构思及原理。
参见图1，本发明实施例一首先提供一种基于光纤耦合诱导透明的传感结构，该传感结构100沿着光路依次包括：输入直波导1，第一谐振腔2、第二谐振腔3以及输出直波导4，其中输入直波导1和输出直波导4均设置在平行的光纤10中，以缩小输入直波导1和输出直波导4的空间距离，实现传感结构100的紧凑化。
其中在一些实施例中，可以通过其他手段实现输入直波导1和输出直波导4，仅限制于光信号在输入直波导1和输出直波导4稳定直线传播即可。
在该实施例中，第一谐振腔2、第二谐振腔3设置在输入直波导1和输出直波导4之间，第二谐振腔3可以是硅基环形谐振腔，可以以SOI材料(SOI材料：新型硅基集成电路材料的简称)为基底材料，在其上刻画半径在纳米尺寸的环，通常底部为本发明实施例所称的直波导，光信号从与环接近的部位通过空气间隙耦合进入波导环，波长满足谐振条件的光波在环内产生谐振，并在环内循环往复的传播，而没有产生谐振的光又通过空气间隙耦合进入直波导从而完成传导。另一方面，第一谐振腔2可以是F-P腔结构(F-P腔结构：法布里-珀罗谐振腔)，其是一种无源光学谐振腔，通常由两片具有预设的反射率的平行平板构成的，即平面平行腔，一条平行于谐振腔轴线的光线，经平行平面反射镜反射后传播方向仍平行于轴线，始终不会射出腔外。
进一步地，而本发明实施例所提供的传感结构100，将基于将微环谐振腔3(同上面的第二谐振腔3，下同)级联F-P腔结构2(同上述的第一谐振腔2，下同)，从而将微环谐振腔3和F-P腔结构2通过在波导耦合区A以及波导耦合区B进行光学耦合，完成将光信号在传感结构100中的光纤10内自由传导，并通过耦合的结构方式，实现传感结构100具备高精度、低体积的特点。
具体地，光学耦合可以采用接口匹配以及结构对接等技术实现，从而实现满足光信号在两个光学谐振腔(指代第一谐振腔2和第二谐振腔3)间自由传输的要求。
其中，基底材料的材质和构建结构为本领域技术人员常见技术手段，本发明实施例重点不在此，因此不过多阐述。
以上的方案，可以形成自由光谱范围不同且互相以光学耦合方式相连接的光学谐振腔形成游标效应，从而检测外界物质对光信号的影响，且上述方案可具备节约成本，减少传感结构100的优势。
那么基于以上的技术方案上，如何沿用透明诱导的传感技术，实现传感结构1进一步增加传感精度，从而提高测量精度可利用于微位移/微应力，可作为现有技术改进的方向。
由此，本发明实施例所提供一种传感结构100，本发明就本发明实施例所要涉及的结构予以阐述。由于在光波导的理论中，光在波导的传播均基于光的全发射原理，在本发明实施例所预期效果中，光信号首先经由F-P腔结构2后，经过一次耦合进入微环谐振腔3，然后从微环谐振腔3输出，从而完成一次完整的传导。简言之，在本发明实施例所提供的总发明构思中，其中传感结构100中的F-P腔结构2以及微环谐振腔3在光的照射下，会产生反射，投射两种情况。只要将F-P腔结构2以及微环谐振腔3设计成独特的结构，就可以透过一部分光，但是由于F-P腔结构2和微环谐振腔3对不同光信号的透过情况不同，或者说对不同光信号的吸收情况不同，某一频率的光信号完全不能透过，或者完全吸收，光引起物质共振。此时其他光完全不吸收，或说全部透过，即可实现诱导透明，从而完整的保留光信号，提高测量精准度。
为了实现以上发明构思，本发明实施例提供其中一种方案为：继续参照图1，将微环谐振腔3位置固定，即保证微环谐振腔3位置不在外界环境下改变(如外力)，F-P腔结构2的宽度与输入直波导1的波导宽度相等，F-P腔结构2末端设置有波纹膜片(细微件，图未示出标注)以作为弹性敏感元件，当膜片的两面受到不同的压力(或力)的作用时,膜片向压力低的一面应变移动,使其中心产生与压力差成一定关系的位移同理波纹膜片的压力位移特性对气动压力阀的静态和动态性能有很大影响，其中波纹膜片的厚度，夹芯材质，橡胶的硬度等因素。具体根据所需要的精准程度所设定。
F-P腔结构2的纵向中轴线在微环谐振腔3所处平面，微环谐振腔3的横向中轴线与F-P腔结构2的对称轴对称，将微环谐振腔3和F-P腔结构2光学耦合连接，以用于光信号在微环谐振腔3和F-P腔结构2的自由传导，光信号经F-P腔结构2在光纤10内部进行干涉耦合，经耦合区波导进入微环谐振腔3内进行二次耦合，干涉耦合以及二次耦合视为两个一类的激发态；
在对称结构的情况下下，两个激发态是会相互影响，形成一个光谱；
在外界影响下，F-P腔结构2波纹膜片处接触外力，从而F-P腔结构2和微环谐振腔3打破对称位置从而变为不对称结构，微环谐振腔3与F-P腔结构2的两个激发状态通过不对称结构激发出两种模式的光信号，这两种模式之间的相互作用使光谱分裂成两个禁带，并在两个禁带间呈现透明窗口；从而利用诱导透明效应，使得在达到相同传感性能的条件下，减小光学传感的体积的同时进一步提高微位移/微应力的测量精度，可以实现光学传感器的微型化与集成传感系统。
同理，只要将F-P腔结构2和微环谐振腔3以合理按照上述的方式，结构方式排布，就可以实现兼顾F-P腔结构2和微环谐振腔3的优势，且由于排布的方式，微环谐振腔3本身体积较小，可以实现将传感结构100的体积缩小化。
进一步地，参照图1所示出的基于光纤耦合诱导透明的传感结构100的结构示意图；通过微环谐振腔3级联F-P腔结构2，传感结构100还设置波导耦合区A以及波导耦合区B，波导耦合区A以及波导耦合区B设置在微环谐振腔3的横向对称两端；波导耦合区A用于微环谐振腔3和F-P腔结构2进行光学耦合，波导耦合区A可以是微环谐振腔3和F-P腔结构2之间的接口，同理，波导耦合区B可以是输出直波导4和微环谐振腔3的接口，从而以用于光信号在传感结构100内自由传导。
其中，光纤包括以下的至少一种：单模光纤、多模光纤、光子晶体光纤、纳米光纤。
可以理解，当在受到外界因素影响时，即传感器的传感状态下，如压力传感器受压、水位传感器浸入水中时，由于环境的因素影响微环谐振腔3与F-P腔结构2会形成不对称结构，而两个激发状态通过不对称结构激发出两种模式的光，这两个模式之间的耦合作用进行激发作用，与此同时两模式之间的产生相互作用使两个状态的吸收谱分裂成两个吸收谱，在两个吸收谱之间将会出现一个低损耗的高透明窗口。
更进一步地，微环谐振腔3为环状波导构成，F-P腔结构2为直波导输入，且光信号从直波导输入时，垂直入射F-P腔结构。具体地，F-P腔结构2可以与输入直波导光纤(单模光纤)相连，F-P腔结构结构(即F-P腔结构2)由光纤插头的平整端面与波纹膜片的内表面构成。
其中，微环谐振腔3和F-P腔结构2之间的介质可以为空气或者其他气体介质；F-P腔结构2与输入直波导光纤1(单模光纤)相连，F-P腔结构2由光纤插头的平整端面与波纹膜片的内表面构成。
参见图2，根据上述描述，在实施例一中还提供一种基于光纤耦合诱导透明的制作工艺，用于制作上述实施例中基于光纤耦合诱导透明的传感结构，该制作工艺可以包括以下步骤：
步骤S101、基材上固定位置设置微环谐振腔；
步骤S102、选用单模光纤，将单模光纤的一端剥去涂覆层，将光纤用酒精擦拭干净；
步骤S103、用切割刀将剥去涂覆层的一端切平以行成平整端面，在平整端面槽刻F-P腔结构，其中F-P腔结构的纵向中轴线在微环谐振腔所处平面，微环谐振腔的横向中轴线与F-P腔结构的对称轴对称；
步骤S104、将微环谐振腔和F-P腔结构采用结构对接以及接口匹配以光学耦合连接。
可以理解，基材即基底材料，可以是上述所提到的SOI材料，微环谐振腔3可以为刻画或者腐蚀的方式在基底材料上进行加工，其中F-P腔结构2可以选择平整端面的处理方法为将单模光纤10(光纤的一种选择)的一端剥去涂覆层,将光纤用酒精擦拭干净,用切割刀将剥去涂覆层的一端切平；上述优选用波纹膜片的原因是同等压力下形变量大于无波纹膜片，放大压力变化，同时提高灵敏度以及增强海水抗压效果。
将光信号经光纤10垂直入射后，一部分被光纤端面反射，另一部分光经过F-P腔结构2被波纹膜片下表面反射，两束光在光纤内部发生干涉，从而获得光的反射谱。
随后将微环谐振腔3和F-P腔结构2采用结构对接以及接口匹配以光学耦合连接。
上述所出现的术语“波纹膜片”以及“单模光纤”为本领域技术人员可获知的技术，此处不对该特征过多阐述，需要说明的是，以上平整端面的工艺以及波纹膜片的甄选为本领域技术人员在实验过程中所需智力劳动得到，因此应当属于本发明实施例所涵盖的保护范围内。
可以理解，由于该微环谐振腔3与输入直波导中的F-P腔结构2段对称布置，二者光学耦合，实现微环谐振腔3与输入直波导之间的光信息传导；同时，微环谐振腔3和F-P腔结构2同为光学谐振腔，两者都具有选频的作用，以上的两个光学谐振腔有不相同的自由光谱范围，微环谐振腔3和F-P腔结构2所对应的相邻谐振波长的间距不同。其目的在于当的两个光学谐振腔相耦合连接时，可以借助游标效应增大传感范围和提高传感器的测量精度。而两者分别耦合，由于这两个光学谐振腔的耦合模式之间满足相位匹配，从而实现了模间耦合；微环谐振腔3和F-P腔结构2通过耦合区12耦合连接，从而实现输出直波导与微环谐振腔3之间的耦合传导光信息。
上述所称的“光学耦合”连接指的是通过接口匹配以及结构对接等技术实现将两个光学谐振腔，即微环谐振腔3和F-P腔结构2满足光信号在两者间自由传输的要求。当光信号从直波导输入时，垂直入射F-P腔结构2，一部分光被光纤平滑端面反射，另一部分经过F-P腔结构，被波纹膜片反射，两束光在光纤内部进行干涉耦合；而光信号经耦合区12波导进入微环谐振腔3，在该腔内进行耦合，
再经耦合区12波导从输出直波导输出光信号。两个耦合过程可视为一类激发状态，在对称结构下，两个激发态相互影响，形成一个吸收谱
当受到外界因素的影响，波形膜片发生变化，从而导致F-P腔结构2发生对应变化，对称结构被破坏，而用直波导激发的两个激发状态通过不对称结构激发出两种模式的光，这两个模式之间的耦合作用进行激发，与此同时两模式之间的相互作用使吸收谱分裂成两个吸收谱，在两个吸收谱之间将会出现一个低损耗的高透明窗口，在透明窗口中，透明谷逐渐被分裂成两个，两个分裂谷位置的波长与无外界因素影响下的对称结构的单透明谷对比，则可以很形象地体现出F-P腔结构2的结构形变，即波形膜片形变。这种通过光纤耦合诱导透明技术实现的高透明窗口现象。
随着压力增加FP腔非对称性也不断增强，透明窗口逐渐扩宽，窗口两侧禁带的波长与无外界因素影响下的对称结构的单峰对比，则可以很形象地体现出F-P腔结构的结构形变，即波形膜片形变时的光纤耦合诱导透明效应，在器件微小尺寸下，实现高灵敏度的测量。
综上，通过以上方式，即将微环谐振腔和F-P腔结构的优势相结合的光纤谐振腔耦合诱导透明这一方式所生产的传感结构100，用于检测外界微位移/微应力的影响，具有较高的敏感性。特别的，这种技术采用一个光学谐振腔和另一光学谐振腔达成对称耦合条件，利用诱导透明效应，使得在达到相同传感性能的条件下，减小光学传感的体积的同时进一步提高微位移/微应力的测量精度，可以实现光学传感器的微型化与集成传感系统。本光学传感技术既可用于机械制造时评定部件的工作精确度和判断误差，也可用于深海水的压力测量，具有制作工艺标准化、便于集成化、感知精度高及适用范围广等一系列特点。
【实施例二】：一种应用在海洋深度压力的光纤传感单元101。
基于以上的发明构思，本发明实施例以下还提供一种具体的光纤传感单元101，应用于压力传感，可以理解的是，压力传感是工业实践中最为常用的一种，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。下面结合具体应用(海洋深度压力传感)对本发明的事实施例作进一步详述(基于以上的发明实施例，该实施例不予图示)：
请参阅图2，本发明实施例中所提供的光纤传感单元101包括上述的传感结构100，传感结构100封装在光纤传感单元101内，其中传感结构100的光纤可选地采用单模光纤，上述实施例所提供的两个光学谐振腔的结构特征，即微环谐振腔3和F-P腔结构2的结构特征排布，在应用中，需要F-P腔结构2的长度与微环谐振腔3的直径大小应该以光学耦合原理相匹配，F-P腔结构2的宽度应该与输入直波导1的宽度严格相等。
对于F-P腔结构2上的波形膜片的选择，综合考虑各种材料的杨氏模量以及泊松比等有关影响因素，优选材料为316L不锈钢，其杨氏模量为200GPa，泊松比为0.3，且适用于腐蚀性、粘稠介质的微小压力测量。在经过CoventorWare软件仿真实验，最终决定波形膜片的厚度为30μm，波高为60μm，波纹宽度为750μm，此时当对膜片输加0.1MPa的压力，得到波纹膜挠度为55μm。
通过光学光纤耦合诱导透明原理，结合两个光学谐振腔耦合现象的吸收谱分裂透明现象，利用波纹膜片中心扰度与压力的计算关系、海水深度与海水压力换算关系以及吸收谱两个透明谷的波长位置距离与波纹膜片形变的计算关系，实现在器件微小尺寸下的高精度海洋深度测量。经计算，该结构理想情况下让测量灵敏度提升到3108.12μm/MPa，远高于单个膜片式光纤法布里-珀罗压力传感测量灵敏度；可测量最小变化范围为±0.013m，远高于传统CTD技术的测量精度。
本发明实施例所提供的传感装置在于应用光学光纤谐振腔耦合诱导透明对非对称结构的敏感特性，让压力传感测量更加精准。此外，这种基于光纤双谐振腔耦合诱导透明的微位移传感技术制作的压力传感器具有良好的迟滞性和重复性；耐恶劣环境、抗电磁干扰、温度交叉敏感性小；满量程腔长变化量误差小、工作稳定、线性度好；制作工艺简单，取材便捷，体积小，成本低廉，适宜批量生产。
【实施例三】：一种基于光纤耦合诱导透明的传感系统。
为了获取实施例二所阐述的参数，本发明实施例以下还提供一种基于光纤耦合诱导透明的传感系统；该传感系统200首先包括以上的光纤传感单元101，还可以包括：光信号发射器201、光隔离器202、光电转换器203、调制解调器(未示出)，以及光谱仪204和数据解析系统205；
其中，光信号发射器201可以为宽带光源，其通过配置，宽带光源的入射光至光隔离器202，光隔离器202的输出端经光电转换器203与光纤传感单元101的输入端连接，以对光信号的方向进行限制，并通过光纤传感单元101进行传感，将光纤传感单元101的输出光通过光电转换器203进入光谱仪，调制解调器电性连接光谱仪205，通过光谱仪205分析数据以得到对应的传感数据。
在一些实施例中，可以通过光纤激光器(图未示)连接至光隔离器，光隔离器202的输出端经光电转换器203与光纤传感单元101的输入端连接，光纤传感单元101的输出端经光电转换器203与调制解调器(图未示)连接，调制解调器电性连接光谱仪。其中，光信号发射器和光纤激光器连接，以发射光信号的入射光至光纤激光器以激光振荡输出。
参照图4，图4示意性示出了根据本发明实施例的传感结构的输出透过率曲线示意图，根据光信号波长的不一，对传感结构的输出透过率曲线进行分析，从而确定合理的波长。
进一步地，在存在调制解调器的情况下，调制解调器可以通过透明窗口功率检测方式或者双波长差解调方式对光信号进行解调。对于解调方案，小量程位移/应力可通过透明窗口功率检测方式，对于大量程位移/应力可通过双波长差解调方式。
进一步地，光信号发射器所发射的光信号为波长为800～1800nm的连续谱激光光源。
综上，本发明实施例基于以上的传感结构的基础上，将传感结构进行封装，并结合其他传感期间，可以衍生出一种压力传感系统，以用于对压力传感单元进行验证，该装置在传感器的基础上，合并原有的光信号发射器、光纤激光器、光隔离器、光电转换器、调制解调器以及光谱仪等器件，其中为了适应实施例二中传感器的独特特征以及配置，调制解调器通过透明窗口功率检测方式或者双波长差解调方式对光信号进行解调以及，限定光信号发射器所发射的光信号为波长为800～1800nm的连续谱激光光源。该压力传感装置可以不限定尺寸、外形轮廓，仅需利用到了传感元件对应的元件实现了相同或者相似的功能，均同样应属于本发明所保护的范围内。
本领域技术人员还应当理解，如果将本发明所提供的传感结构或者传感器、经过简单变化、在其上述方法增添功能进行组合、或者在其装置上进行替换，如各组件进行型号材料上的替换、使用环境进行替换、各组件位置关系进行简单替换等；或者将其所构成的产品一体设置；或者可拆卸设计；凡组合后的组件可以组成具有特定功能的方法/设备/装置，用这样的方法/设备/装置替代本发明的方法和装置均同样落在本发明的保护范围内。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (6)

1.一种基于光纤耦合诱导透明的传感结构，其特征在于，所述传感结构包括多段光纤，在所述光纤上包括输出直波导、输入直波导，所述输出直波导、输入直波导之间还包括第一谐振腔以及第二谐振腔，所述第一谐振腔为微环谐振腔，所述第二谐振腔为F-P腔结构；所述第一谐振腔和所述第二谐振腔所对应的相邻谐振波长的间距不同，以使所述第一谐振腔与第二谐振腔均具有选频作用，并具有不同的自由光谱范围；所述第一谐振腔包括环状波导，所述第一谐振腔与输入直波导中的第二谐振腔段级联以光学耦合，实现所述输入直波导与第一谐振腔之间的光信息传导；光信号从所述输入直波导输入时，垂直入射所述第二谐振腔；所述微环谐振腔和所述F-P腔结构之间的介质为空气，所述F-P腔结构与所述输入直波导相连，所述F-P腔结构由光纤的插头的平整端面与波纹膜片的内表面构成；
其中，所述微环谐振腔位置固定，所述F-P腔结构宽度与输入直波导宽度相等，所述F-P腔结构末端设置有波纹膜片，所述F-P腔结构的纵向中轴线在所述微环谐振腔所处平面，所述微环谐振腔的横向中轴线与所述F-P腔结构的对称轴对称，将所述微环谐振腔和所述F-P腔结构光学耦合连接，以用于光信号在所述微环谐振腔和所述F-P腔结构自由传导，光信号经所述F-P腔结构在所述光纤内部进行干涉耦合，经耦合区波导进入微环谐振腔内进行二次耦合，所述干涉耦合以及所述二次耦合视为两个一类的激发态；
在所述对称结构的情况下，两个激发态相互影响，形成一个光谱；
在外界影响下，所述微环谐振腔与F-P腔结构从对称位置变为不对称结构，所述微环谐振腔与F-P腔结构的两个激发状态通过不对称结构激发出两种模式的光信号，这两种模式之间的相互作用使所述光谱分裂成两个禁带，并在所述两个禁带间呈现透明窗口。
2.根据权利要求1所述的基于光纤耦合诱导透明的传感结构，其特征在于，所述光纤包括以下至少一者：单模光纤、多模光纤、光子晶体光纤、纳米光纤。
3.一种基于光纤耦合诱导透明的制作工艺，其特征在于，用于制作根据权利要求1或2所述的基于光纤耦合诱导透明的传感结构，所述制作工艺包括：
在基材上固定位置设置所述微环谐振腔；
选用单模光纤，将所述单模光纤的一端剥去涂覆层，将所述光纤用酒精擦拭干净；
用切割刀将剥去所述涂覆层的一端切平以行成平整端面，在所述平整端面槽刻所述F-P腔结构，其中所述F-P腔结构的纵向中轴线在所述微环谐振腔所处平面，所述微环谐振腔的横向中轴线与所述F-P腔结构的对称轴对称；
将所述微环谐振腔和所述F-P腔结构采用结构对接以及接口匹配以光学耦合连接。
4.一种传感装置，应用于压力传感，其特征在于，包括如上述权利要求1或2所述的基于光纤耦合诱导透明的传感结构，所述传感结构封装于光纤传感单元，所述传感装置还包括：
光信号发射器、光隔离器、光电转换器、光谱仪以及数据解析系统；
其中，所述光信号发射器输出入射光，通过所述光隔离器对所述入射光的方向进行限制，输出端经所述光电转换器与所述光纤传感单元的输入端连接，以对所述光信号的方向进行限制，并通过所述光纤传感单元进行传感，然后将光纤传感单元的输出光通过所述光电转换器进入所述光谱仪，调制解调器电性连接所述光谱仪，通过所述光谱仪分析数据以得到对应的传感数据。
5.根据权利要求4所述的传感装置，其特征在于，所述调制解调器通过透明窗口功率检测方式或者双波长差解调方式对所述光信号进行解调；所述光信号发射器所发射的所述光信号为波长为800nm至1800nm的连续谱激光光源。
6.根据权利要求4所述的传感装置，其特征在于，所述传感装置还包括光纤激光器，所述光信号发射器和所述光纤激光器连接，以使发射光信号的入射光至所述光纤激光器以激光振荡输出。
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