CN2890992Y - 硅微机械自谐振传感装置 - Google Patents
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Abstract
一种硅微机械自谐振传感装置，包括光源，沿光源发射光前进方向同光轴地依次置放通过保偏光纤与光源连接的准直器、偏振变换器、参考平板与谐振器。光源为半导体激光器。光源的工作电流通过直流电源控制，使得光源的光注入光强调制度最大，光源的输出光强与谐振器的形变相互影响，动态变化，使得谐振器达到自谐振状态。本实用新型装置的优点是不需要高精度的F－P干涉腔，不易受外界干扰，不需要特殊装置稳定谐振状态，容易实现自谐振。
Description
技术领域
本实用新型是一种硅微机械谐振传感器，特别是涉及一种基于反馈光注入半导体激光器的硅微机械自谐振传感装置。
背景技术
由于采用光激励、光检测工作方式的全光型硅微机械谐振传感器兼有光纤、微结构、谐振传感器的优点，实现了多种先进技术的优势互补，因而成为国内外智能传感器研究的热点。全光型硅微机械谐振传感技术最有前途、最具吸引力的发展方向为自谐振工作方式，而目前采用该工作方式的全光型硅微机械谐振传感器存在的诸如Fabry-Perot(F-P)干涉腔的加工精度要求太高、激振结构易受外界干扰、需采用特殊装置稳定谐振状态等缺点(参见在先技术[1]Yunjiang Rao，Brain Culshaw，“Analysis of the self-oscillation phenomenon of fiber optically-addressed siliconmicroresonators”，SPIE Vol.1506Micro-optics II，126-133(1991).)，极大地制约了该技术的发展和应用。
发明内容
本实用新型的目的是为了克服上述在先技术的不足，提供一种基于反馈光注入半导体激光器的硅微机械自谐振传感装置，本实用新型装置不需要高精度的F-P干涉腔，不易受外界干扰，不需要特殊装置稳定谐振状态，容易实现自谐振。。
本实用新型的技术解决方案如下：
一种硅微机械自谐振传感装置，是一种基于反馈光注入半导体激光器的硅微机械自谐振传感装置，它包括带有直流电源的光源，其特征在于还有：沿该光源发射光前进方向同光轴地依次置放通过保偏光纤与光源连接的准直器、偏振变换器、参考平板和谐振器，一封装在光源内部的光电转换器的输出端经前置放大器与监视器相连。
所述的光源是内部封装了光电转换器的半导体激光器。
所述的偏振变换器是法拉第旋转器，或者是四分之一波片。
所述的参考平板是一个对着偏振变换器一侧的表面上镀有增透膜，对着谐振器一侧的表面上镀有增反膜的光学平行平板，其反射率R满足0.08＜R＜0.73，相应地透射率T满足0.27＜R＜0.92。
所述的谐振器为一端悬空另一端固定的微悬臂梁结构，或者是两端固定的桥式结构，或者是四周都固定的膜式结构。
所述的信号监视器为示波器，或频率计。
本实用新型的工作过程如下：
光源由直流电源驱动。该光源发出的光经过保偏光纤入射到准直器上。由准直器准直后的平行光束入射到所述的偏振变换器上，透过偏振变换器的透射光束照射到参考平板上，透过参考平板的透射光束照射到谐振器上，由于光热效应，谐振器发生形变。谐振器对光束的反射光束透过参考平板后，与参考平板对光束的反射光束发生干涉，产生的干涉信号光透过偏振变换器，其透射光束与光源发出的光的偏振方向相互垂直，透射光束经准直器和保偏光纤入射到光源上，光源的结温发生相应的变化，光源的输出光强发生相应的变化。光源输出光强的变化使得照射到谐振器上的光束的光强变化，使得谐振器的形变发生变化；谐振器形变的变化又使入射到光源的光束的光强变化，光源的结温相应的变化，光源的输出光强相应的变化。光源的输出光强与谐振器的形变相互影响，动态变化，使得谐振器达到谐振状态。封装在光源内的光电转换器测量光源1的光强变化，光电转换器的输出信号通过前置放大器输出到信号监视器，给出谐振器的振动频率信息和振动幅度信息。
本实用新型的优点：
与在先技术[1]相比，本实用新型装置不需要高精度的F-P干涉腔，不易受外界干扰，不需要特殊装置稳定谐振状态，容易实现自谐振。
附图说明
图1是本实用新型硅微机械自谐振传感装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本实用新型作进一步说明，但不应以此限制本实用新型的保护范围。
先请参阅图1，图1是本实用新型硅微机械自谐振传感装置的结构示意图。由图可见，本实用新型硅微机械自谐振传感装置，它包括带有直流电源7的光源1，其特征在于还有：沿该光源1发射光前进方向同光轴地依次置放通过保偏光纤2与光源1连接的准直器3、偏振变换器4、参考平板5和谐振器6，一封装在光源1内部的光电转换器8的输出端经前置放大器9与监视器10相连。
所述的光源1是内部封装了光电转换器8的半导体激光器。所说的光电转换器8是光电二极管(简称PD)。
所述的偏振变换器4是法拉第旋转器，或者是四分之一波片。
所述的参考平板5是一个对着偏振变换器4一侧的表面上镀有增透膜，对着谐振器6一侧的表面上镀有增反膜的光学平行平板，其反射率R满足0.08＜R＜0.73，相应地透射率T满足0.27＜R＜0.92。
所述的谐振器6既可以是指一端悬空另一端固定的微悬臂梁结构，又可以是两端固定的桥式结构，或者是四周都固定的膜式结构。
所述的信号监视器10为示波器，或频率计。
所说的保偏光纤2是指光束在其中传输时偏振态保持不变的光纤。
所说的准直器3是指其出射光为平行光的光学元件。
所说的偏振变换器4是指一束偏振光通过它，由参考平板5反射或谐振器6反射返回，再次通过它后偏振方向改变90度的光学元件，是法拉第旋转器，或者是四分之一波片等。
实施例：图1也是本实用新型硅微机械自谐振传感装置实施例的结构示意图。在该实施例中，光源1是波长为785纳米的激光二极管LD，内部封装的光电转换器8是光电二极管。偏振变换器4是四分之一波片。参考平板5的透射率T＝0.62，反射率R＝0.38。谐振器6是采用多层复合结构的悬臂梁，表面镀铝，长1000微米、宽300微米、厚20微米。测量时，通过旋转偏振变换器4使其快轴方向与入射光的偏振方向成45度，通过直流电源6控制光源1的工作电流，使得光源1的光注入光强调制度最大，当信号监视器10所示信号幅度达到最大时，图1所示装置达到自谐振状态。通过测量光电二极管的输出信号可获得硅微谐振器的谐振频率。
Claims (6)
1、一种硅微机械自谐振传感装置，它包括带有直流电源(7)的光源(1)，其特征在于还有：沿该光源(1)发射光前进方向同光轴地依次置放通过保偏光纤(2)与光源(1)连接的准直器(3)、偏振变换器(4)、参考平板(5)和谐振器(6)，一封装在光源(1)内部的光电转换器(8)的输出端经前置放大器(9)与监视器(10)相连。
2、根据权利要求1所述的硅微机械自谐振传感装置，其特征在于所述的光源(1)是内部封装了光电转换器(8)的半导体激光器。
3、根据权利要求1所述的硅微机械自谐振传感装置，其特征在于所述的偏振变换器(4)是法拉第旋转器，或者是四分之一波片。
4、根据权利要求1所述的硅微机械自谐振传感装置，其特征在于所述的参考平板(5)是一个对着偏振变换器(4)一侧的表面上镀有增透膜，对着谐振器(6)一侧的表面上镀有增反膜的光学平行平板，其反射率R满足0.08＜R＜0.73，相应地透射率T满足0.27＜R＜0.92。
5、根据权利要求1所述的硅微机械自谐振传感装置，其特征在于所述的谐振器(6)是指一端悬空另一端固定的微悬臂梁结构，或者是两端固定的桥式结构，或者是四周都固定的膜式结构。
6、根据权利要求1至5任一项所述的硅微机械自谐振传感装置，其特征在于所述的信号监视器10为示波器，或频率计。
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|---|---|---|---|---|
| CN101852915A (zh) * | 2010-04-23 | 2010-10-06 | 中国科学院武汉物理与数学研究所 | 一种微电子机械传感器的被动光学反馈控制方法及装置 |
| CN111157149A (zh) * | 2020-01-03 | 2020-05-15 | 天津大学 | 一种基于微悬臂梁共振激发的光压力值测量装置及方法 |
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2006
- 2006-04-21 CN CN 200620041243 patent/CN2890992Y/zh not_active Expired - Fee Related
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