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随着光学传感的快速发展,光学传感器越来越受到人们的关注。在海洋探测、医疗健康、环境监测、工业生产、国防安全等领域具有很好的应用前景,对于传感信息的实时感知和监测具有很重要的意义。但光学传感器依然存在很多的局限性,如光源波长、环境温度等参数的漂移对传感结果的准确性有很大的影响。因此对这些参数的漂移进行补偿是很必要的。
本文基于非对称马赫曾德尔干涉仪(asymmetric Mach-Zehnder interferometer,AMZI)结构的光学传感器进行补偿。设计了一个级联双AMZI补偿结构对波长漂移、温度漂移和两者同时漂移进行补偿,一个AMZI作为传感AMZI,另一个AMZI作为补偿AMZI。研究了不同的漂移机理对光学传感器传感的影响,总结了一种快速、准确优化补偿结构参数的方法,通过优化补偿结构的参数可得到更好的补偿结果。论文主要研究内容如下:(1)通过设计的级联双AMZI补偿结构对光学传感器的波长漂移进行补偿。分析了波长漂移对基于AMZI结构的光学传感器的影响,调整两个AMZI的结构参数,主要包括它们的功分比、耦合比和臂长差,分析对传感器补偿后传感误差的影响。通过结构参数优化方法可以快速得到补偿结构的参数,文中分别对基于二氧化硅、铌酸锂和硅三种光波导材料的光学传感器进行波长漂移补偿,传感误差降低两到三个数量级,并对制作工艺容差进行分析。
(2)通过设计的级联双AMZI补偿结构对光学传感器的温度漂移进行补偿。分析了温度漂移对基于AMZI结构的光学传感器的影响,分析了两个AMZI的结构参数对补偿后传感器传感误差的影响。通过结构参数优化方法快速得到能很好补偿温度的参数,文中分别对基于二氧化硅和硅的光学传感器进行温度漂移补偿,传感误差降低两个数量级以上,并对制作工艺容差进行分析。
(3)在波长漂移和温度漂移分别补偿的基础上,通过设计的级联双AMZI补偿结构对光学传感器的波长漂移和温度漂移同时进行补偿。分析了波长和温度同时漂移对基于AMZI结构的光学传感器的影响,调整两个AMZI的参数分析对补偿后的传感器传感误差的影响。通过结构参数优化方法快速得到波长和温度同时补偿的参数值,文中分别对基于二氧化硅和硅的光学传感器进行波长和温度漂移的同时补偿,结果表明传感误差明显降低了两个数量级,并对制作工艺容差进行分析。
这种级联结构补偿机制,并不局限于补偿基于AMZI的光学传感器,而是可以补偿干涉类型的光学器件。本文以基于AMZI的光学传感器为例,设计了级联双AMZI补偿结构对光学传感器的波长漂移、温度漂移和两者同时漂移进行补偿有明显的效果,大大降低了传感误差,提高了传感的准确性。应用于降低传感系统成本和提高传感性能等方面具有重要的价值和意义。
本文基于非对称马赫曾德尔干涉仪(asymmetric Mach-Zehnder interferometer,AMZI)结构的光学传感器进行补偿。设计了一个级联双AMZI补偿结构对波长漂移、温度漂移和两者同时漂移进行补偿,一个AMZI作为传感AMZI,另一个AMZI作为补偿AMZI。研究了不同的漂移机理对光学传感器传感的影响,总结了一种快速、准确优化补偿结构参数的方法,通过优化补偿结构的参数可得到更好的补偿结果。论文主要研究内容如下:(1)通过设计的级联双AMZI补偿结构对光学传感器的波长漂移进行补偿。分析了波长漂移对基于AMZI结构的光学传感器的影响,调整两个AMZI的结构参数,主要包括它们的功分比、耦合比和臂长差,分析对传感器补偿后传感误差的影响。通过结构参数优化方法可以快速得到补偿结构的参数,文中分别对基于二氧化硅、铌酸锂和硅三种光波导材料的光学传感器进行波长漂移补偿,传感误差降低两到三个数量级,并对制作工艺容差进行分析。
(2)通过设计的级联双AMZI补偿结构对光学传感器的温度漂移进行补偿。分析了温度漂移对基于AMZI结构的光学传感器的影响,分析了两个AMZI的结构参数对补偿后传感器传感误差的影响。通过结构参数优化方法快速得到能很好补偿温度的参数,文中分别对基于二氧化硅和硅的光学传感器进行温度漂移补偿,传感误差降低两个数量级以上,并对制作工艺容差进行分析。
(3)在波长漂移和温度漂移分别补偿的基础上,通过设计的级联双AMZI补偿结构对光学传感器的波长漂移和温度漂移同时进行补偿。分析了波长和温度同时漂移对基于AMZI结构的光学传感器的影响,调整两个AMZI的参数分析对补偿后的传感器传感误差的影响。通过结构参数优化方法快速得到波长和温度同时补偿的参数值,文中分别对基于二氧化硅和硅的光学传感器进行波长和温度漂移的同时补偿,结果表明传感误差明显降低了两个数量级,并对制作工艺容差进行分析。
这种级联结构补偿机制,并不局限于补偿基于AMZI的光学传感器,而是可以补偿干涉类型的光学器件。本文以基于AMZI的光学传感器为例,设计了级联双AMZI补偿结构对光学传感器的波长漂移、温度漂移和两者同时漂移进行补偿有明显的效果,大大降低了传感误差,提高了传感的准确性。应用于降低传感系统成本和提高传感性能等方面具有重要的价值和意义。