本發(fā)明涉及光學領域和微納系統(tǒng)領域，具體為基于回音壁模式的垂直耦合光柵芯片級多環(huán)波導腔級聯(lián)矢量高靈敏聲傳感器。

背景技術：

隨著MEMS技術的進步，基于MOEMS技術的傳感器具備了光學傳感器和MEMS技術的特點，具有良好的抗電磁干擾性、環(huán)境適應性強、微型化、易集成、低成本、可靠性高等優(yōu)點，適用于高壓變電環(huán)境、生化分析、軍事等應用中的形變、振動/聲信號等的探測和識別。光纖傳聲器陣列探測是除雷達、光電外對低空慢速小目標和地面目標探測的新型手段，可以滿足戰(zhàn)場偵察、陣地防護、攻擊預警等多方面的應用需求，具備極高的性價比。

現(xiàn)代戰(zhàn)爭更多的是非對稱、高強度的局部戰(zhàn)爭和特種戰(zhàn)爭，戰(zhàn)場具備復雜的電磁環(huán)境、攻擊手段更加隱蔽，針對傳統(tǒng)雷達和光電探測的防護技術也日新月異，特別是強電磁脈沖、寬頻電磁波干擾器等新式裝備的應用，使得傳統(tǒng)聲傳感探測裝備的探測能力和戰(zhàn)場生存能力受到質(zhì)疑，傳統(tǒng)聲音傳感器由于以電流為載波介質(zhì)，易于受到外界電磁波的干擾和破壞。此外其探測頻率的寬度以及靈敏度均無法滿足應用需要。因此研究具備更高抗極端環(huán)境干擾能力、更高探測精度和分辨率的新型光纖傳聲器陣列探測器對未來具有重要意義。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種垂直耦合光柵芯片級多環(huán)波導腔級聯(lián)矢量高靈敏聲傳感器，實現(xiàn)高靈敏度、長探測距離、能夠在強電磁干擾等極端環(huán)境正常工作的聲信號探測。

本發(fā)明是采用如下的技術方案實現(xiàn)的：垂直耦合光柵芯片級多環(huán)波導腔級聯(lián)矢量高靈敏聲傳感器，包括多環(huán)環(huán)形波導腔級聯(lián)傳感單元和高速采集系統(tǒng)，多環(huán)環(huán)形波導腔級聯(lián)傳感單元包括刻蝕在SOI片上的中心環(huán)形波導腔，中心環(huán)形波導腔四周均勻耦合有方位環(huán)形波導腔，中心環(huán)形波導腔上還耦合有納米垂直耦合輸入光柵，每個方位環(huán)形波導腔上還耦合有納米垂直耦合輸出光柵，高速采集系統(tǒng)包括光電探測器、AD采集模塊和FPGA處理器，每個納米垂直耦合輸出光柵都和光電探測器連接，光電探測器和AD采集模塊連接，AD采集模塊和FPGA處理器連接。

本發(fā)明提出的基于垂直耦合光柵芯片級多環(huán)波導腔級聯(lián)矢量高靈敏聲傳感器，利用回音壁模式光路傳輸原理，當光信號由納米垂直耦合輸入光柵輸入中心環(huán)形波導腔，由于中心環(huán)形波導腔與周圍方位環(huán)形波導腔進行耦合，在方位環(huán)形波導腔的納米垂直耦合輸出光柵會輸出一個光信號，輸出的光信號經(jīng)過光電探測器、AD采集模塊和FPGA處理器處理，在PC機上顯示，當沒有聲音信號時，每個納米垂直耦合輸出光柵輸出的值相同，當聲音信號從某個方向傳來時，聲音信號會使該方向上方位環(huán)形波導腔產(chǎn)生振動，從而影響方位環(huán)形波導腔與中心環(huán)形波導腔的耦合效率，使得該方位環(huán)形波導腔的納米垂直耦合輸出光柵輸出信號發(fā)生變化，從而實現(xiàn)聲音信號定位的功能。

本發(fā)明與傳統(tǒng)聲探測系統(tǒng)相比，解決了傳統(tǒng)聲探測系統(tǒng)存在的靈敏度低、信號傳輸損耗大、抗電磁干擾能力差等問題，實現(xiàn)高靈敏度、長探測距離、能夠在強電磁干擾等極端環(huán)境正常工作的聲信號探測。

附圖說明

圖1為本多環(huán)環(huán)形波導腔級聯(lián)傳感單元的結(jié)構示意圖。

圖2為高速采集系統(tǒng)的結(jié)構示意圖。

圖中：1-中心環(huán)形波導腔，2-方位環(huán)形波導腔，3-納米垂直耦合輸入光柵，4-光傳輸方向，5-納米垂直耦合輸出光柵。

具體實施方式

垂直耦合光柵芯片級多環(huán)波導腔級聯(lián)矢量高靈敏聲傳感器，包括多環(huán)環(huán)形波導腔級聯(lián)傳感單元和高速采集系統(tǒng)，多環(huán)環(huán)形波導腔級聯(lián)傳感單元包括刻蝕在SOI片上的中心環(huán)形波導腔1，中心環(huán)形波導腔1四周均勻耦合有方位環(huán)形波導腔2，中心環(huán)形波導腔1上還耦合有納米垂直耦合輸入光柵3，每個方位環(huán)形波導腔2上還耦合有納米垂直耦合輸出光柵5，高速采集系統(tǒng)包括光電探測器、AD采集模塊和FPGA處理器，每個納米垂直耦合輸出光柵5都和光電探測器連接，光電探測器和AD采集模塊連接，AD采集模塊和FPGA處理器連接。

納米垂直耦合輸出光柵輸出的光強信號進入光電探測器，光電探測器將檢測到的光強信號送入高速采集系統(tǒng)中的AD采集模塊，經(jīng)由信號調(diào)理電路和衰減電路處理后由高速A/D芯片將模擬信號轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字信號輸出至FPGA進行存儲，同時，在FPGA中設計時鐘處理單元和存儲單元用于控制AD采集模塊的采樣時序、同步信號和數(shù)據(jù)存儲。PC機通過并行接口與FPGA進行系統(tǒng)程序的調(diào)試并控制系統(tǒng)的復位、工作使能、模式選擇等，F(xiàn)PGA也將運行狀態(tài)如存儲器的滿信號等反饋給PC機，相互配合進行系統(tǒng)的控制；為了保證數(shù)據(jù)的實時性，PC機通過通用總線對系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行控制傳輸和實時顯示，完成對光纖聲傳感陣列信號的高速采集與解調(diào)。