一种光学谐振腔中的模式劈裂识别系统技术方案

本发明专利技术公开一种光学谐振腔中的模式劈裂识别系统，包括：激光器，光纤分束器，第一双锥形光纤，第二双锥形光纤，光学谐振腔，可调谐光纤衰减器，光纤相移器，光纤合束器，探测显示装置；光纤分束器位于激光输出束的光路上，将激光输出束分成第一路分光和第二路分光；第一路分光通过第一双锥形光纤部分耦合至谐振腔后又部分耦出,与直接沿第一双锥形光纤传输的光一同输出至探测显示装置，被光学谐振腔表面散射的部分光沿与入射光反方向传输，并耦合至第二双锥形光纤；第二路分光通过可调谐光纤衰减器和光纤相移器后与第二双锥形光纤中传输的光一同输出至光纤合束器后输出至探测显示装置。本发明专利技术模式劈裂识别系统可提高模式劈裂现象的波谱分辨能力。

A Mode Splitting Recognition System in Optical Resonator

The invention discloses a mode splitting recognition system in an optical resonator, which comprises a laser, a fiber splitter, a first biconical fiber, a second biconical fiber, an optical resonator, a tunable fiber attenuator, a fiber phase shifter, an optical fiber combiner, and a detection and display device; a fiber splitter is located on the optical path of the laser output beam and splits the laser output beam into a first beam splitter. The first beam splitting is partially coupled to the resonator through the first biconical optical fiber, and then partially coupled to the detection and display device along with the light directly transmitted along the first biconical optical fiber. The part of light scattered by the surface of the optical resonator travels in the opposite direction to the incident light and is coupled to the second biconical optical fiber; the second beam splitting is coupled to the second biconical optical fiber through the tunable optical attenuator and light. The fiber phase shifter is then output to the optical fiber combiner together with the light transmitted in the second biconical fiber, and then to the detection and display device. The pattern splitting recognition system of the invention can improve the spectral resolution ability of the pattern splitting phenomenon.

【技术实现步骤摘要】
一种光学谐振腔中的模式劈裂识别系统
本专利技术涉及微纳光学器件领域，特别涉及一种基于干涉效应的光学谐振腔中的模式劈裂识别系统。
技术介绍
光学谐振腔，例如，回音壁模式光学谐振腔是一种由高折射率材料构成的、具有圆形结构的谐振腔。光波沿谐振腔内表面通过连续的全反射传播，当沿圆周光程为波长整数倍时产生干涉增强。这种谐振腔模式体积小和品质因数高的特点可以增强腔内光与物质相互作用，是一种高灵敏度传感元件。谐振腔内沿正反两个方向传播的模式处于简并状态，谐振波长与模式分布均相同。当模式分布处谐振腔存在不均匀的折射率分布时(可以是表面缺陷或者纳米尺度粒子散射体)，这两个模式简并解除，在谐振腔耦合系统的透过谱或者背散射谱中表现为模式劈裂现象，即一个洛伦兹线型的谐振峰变为两个洛伦兹线型的谐振峰。这种现象是回音壁模式光学谐振腔内普遍存在的现象，模式劈裂的大小与折射率不均匀分布程度相关，因此这种现象被用于纳米粒子传感，在生化检测领域中具有重要意义。但是通过谱线识别模式劈裂现象的方法受限于谐振模式的品质因数。由于品质因数低的模式的光谱响应对应宽的线宽，当模式劈裂较小时两个模式透过谱响应重叠在一起而无法识别。
技术实现思路
本专利技术旨在克服光学谐振腔中模式劈裂较小时两个模式透过谱响应重叠在一起无法识别的缺陷，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术提供了一种光学谐振腔中的模式劈裂识别系统，所述光学谐振腔中的模式劈裂识别系统包括：激光器，光纤分束器，第一双锥形光纤，第二双锥形光纤，光学谐振腔，可调谐光纤衰减器，光纤相移器，光纤合束器，以及探测显示装置；所述激光器，用于产生处于激光频率上的激光输出束；所述光纤分束器，位于所述激光输出束的光路上，并将所述激光输出束分成第一路分光和第二路分光；所述第一路分光通过所述第一双锥形光纤与所述光学谐振腔耦合，所述第一双锥形光纤的束腰区域与所述光学谐振腔的表面接触，从所述光学谐振腔中耦合出来的光与直接沿所述第一双锥形光纤传输的光一同输出至所述探测显示装置，被所述光学谐振腔表面散射的部分光沿与入射光反方向传输，并耦合至所述第二双锥形光纤；所述第二路分光通过所述可调谐光纤衰减器和所述光纤相移器后与所述第二双锥形光纤中传输的光一同输出至光纤合束器后输出至所述探测显示装置。进一步的，所述探测显示装置包括：探测器以及显示装置；所述探测器，用于探测输入至所述探测显示装置的光的光信号，并将所述光信号转换为电信号；所述显示装置，用于接收所述电信号并进行显示。优选地，所述光信号为光的透过谱和背散射谱。进一步的，所述探测器包括第一探测器和第二探测器；所述第一探测器，与所述第一双锥形光纤耦合；所述第二探测器，与所述第二双锥形光纤耦合。优选地，所述光学谐振腔为回音壁模式光学谐振腔。优选地，所述电信号为电压信号。优选地，所述显示装置为示波器。优选地，所述激光器为波长可调谐窄线宽激光器，所述激光器的线宽小于谐振峰的线宽。进一步的，所述光学谐振腔的外表面处于所述第一双锥形光纤和所述第二双锥形光纤的束腰区消逝场内，且构成add-drop耦合结构。进一步的，所述光学谐振腔的表面存在缺陷或者表面分布不均匀。本专利技术的有益效果在于：1、本专利技术公开的光学谐振腔中的模式劈裂识别系统，通过引入额外光路相干场与模式劈裂的背向散射场干涉会产生法诺线型的背散射谱，对谱线非对称性产生的新特征点的拟合可以得到模式劈裂的程度,从而提高模式劈裂现象的波谱分辨能力。2、通过引入干涉场实现微小模式劈裂现象的识别，所采用的元件均容易获得，系统简单、且操作方便、成本低廉。附图说明图1是根据本专利技术一个实施例的一种光学谐振腔中的模式劈裂识别系统的示意图；图2是根据本专利技术一个实施例的光学谐振腔的示意图；图3是本专利技术实施例的第一探测器接收到的透过率谱和第二探测器接收到的背散射谱的对比图。1、窄线宽波长可调谐激光器2、光纤分束器3、第一双锥形光纤4、第一探测器5、示波器6、回音壁模式光学谐振腔7、可调谐光纤衰减器8、第二双锥形光纤9、光纤合束器10、第二探测器11、光纤相移器40、探测显示装置具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，而不构成对本专利技术的限制。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。术语解释部分：WGM：WhisperingGalleryMode,回音壁模式；add-drop：上路端-下路端。本申请的专利技术人发现，回音壁模式光学谐振腔内普遍存在模式劈裂现象，模式劈裂的大小与折射率不均匀分布程度相关。但是通过谱线识别模式劈裂现象的方法受限于谐振模式的品质因数。由于品质因数低的模式的光谱响应对应宽的线宽，当模式劈裂较小时两个模式透过谱响应重叠在一起而无法识别，从而限制了模式劈裂现象的传感应用。据了解到的相关技术的情况，提高光谱分辨能力的方法可以包括：将谐振腔掺杂增益介质从而提升模式的品质因数，减小光谱响应的线宽；或使两个模式形成激光模式，测量两个劈裂模式产生的拍频。但是，上述方法会将系统复杂化且需要前处理等过程，因此，本专利技术实施例提供一种光学谐振腔中的模式劈裂识别系统来提高模式劈裂现象的波谱分辨能力。图1是本专利技术一种光学谐振腔中的模式劈裂识别系统的示意图。本专利技术实施例提供了一种光学谐振腔中的模式劈裂识别系统，所述光学谐振腔中的模式劈裂识别系统包括：激光器1，光纤分束器2，第一双锥形光纤3，第二双锥形光纤8，光学谐振腔6，可调谐光纤衰减器7，光纤相移器11，光纤合束器9，以及探测显示装置40；所述激光器1，用于产生处于激光频率上的激光输出束；所述光纤分束器2，位于所述激光输出束的光路上，并将所述激光输出束分成第一路分光和第二路分光；所述第一路分光通过所述第一双锥形光纤3与所述光学谐振腔6耦合，所述第一双锥形光纤3的束腰区域与所述光学谐振腔6的表面接触，从所述光学谐振腔6中耦合出来的光与直接沿所述第一双锥形光纤3传输的光一同输出至所述探测显示装置40，被所述光学谐振腔6表面散射的部分光沿与入射光反方向传输，并耦合至所述第二双锥形光纤8；所述第二路分光通过所述可调谐光纤衰减器7和所述光纤相移器11后与所述第二双锥形光纤8中传输的光一同输出至光纤合束器9后输出至所述探测显示装置40。所述可调谐光纤衰减器7可用于控制光场振幅。所述纤相移器11可控制相位。所述探测显示装置40包括：探测器以及显示装置；所述探测器，用于探测输入至所述探测显示装置40的光的光信号，并将所述光信号转换为电信号；所述显示装置，用于接收所述电信号并进行显示。所述光信号为光的透过谱和背散射谱。所述背散射谱是指谐振腔内与第一锥形光纤耦合的光传播方向相反的光在耦合到第二锥形光纤后，所形成的光谱。在一些实施例中，所述探测器包括第一探测器4和第二探测器10；所述第一探测器4，与所述第一双锥形光纤3耦合；所述第二探测器10，与所述第二双锥形光纤8耦合。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学谐振腔中的模式劈裂识别系统，其特征在于，包括：激光器，光纤分束器，第一双锥形光纤，第二双锥形光纤，光学谐振腔，可调谐光纤衰减器，光纤相移器，光纤合束器，以及探测显示装置；所述激光器，用于产生处于激光频率上的激光输出束；所述光纤分束器，位于所述激光输出束的光路上，并将所述激光输出束分成第一路分光和第二路分光；所述第一路分光通过所述第一双锥形光纤与所述光学谐振腔耦合，所述第一双锥形光纤的束腰区域与所述光学谐振腔的表面接触，从所述光学谐振腔中耦合出来的光与直接沿所述第一双锥形光纤传输的光一同输出至所述探测显示装置，被所述光学谐振腔表面散射的部分光沿与入射光反方向传输，并耦合至所述第二双锥形光纤；所述第二路分光通过所述可调谐光纤衰减器和所述光纤相移器后与所述第二双锥形光纤中传输的光一同输出至光纤合束器后输出至所述探测显示装置。

【技术特征摘要】
1.一种光学谐振腔中的模式劈裂识别系统，其特征在于，包括：激光器，光纤分束器，第一双锥形光纤，第二双锥形光纤，光学谐振腔，可调谐光纤衰减器，光纤相移器，光纤合束器，以及探测显示装置；所述激光器，用于产生处于激光频率上的激光输出束；所述光纤分束器，位于所述激光输出束的光路上，并将所述激光输出束分成第一路分光和第二路分光；所述第一路分光通过所述第一双锥形光纤与所述光学谐振腔耦合，所述第一双锥形光纤的束腰区域与所述光学谐振腔的表面接触，从所述光学谐振腔中耦合出来的光与直接沿所述第一双锥形光纤传输的光一同输出至所述探测显示装置，被所述光学谐振腔表面散射的部分光沿与入射光反方向传输，并耦合至所述第二双锥形光纤；所述第二路分光通过所述可调谐光纤衰减器和所述光纤相移器后与所述第二双锥形光纤中传输的光一同输出至光纤合束器后输出至所述探测显示装置。2.根据权利要求1所述的光学谐振腔中的模式劈裂识别系统，其特征在于，所述探测显示装置包括：探测器以及显示装置；所述探测器，用于探测输入至所述探测显示装置的光的光信号，并将所述光信号转换为电信号；所述显示装置，用于接收所述电信号并进行显示。3.根据权利要求2所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王越，赵宏春，吴一辉，舒风风，迟明波，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林,22