薄膜铌酸锂微环高精度微波光子温度传感器
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摘要: 为实现高精度温度传感，本文提出了一种基于高品质因子薄膜铌酸锂微环谐振器与微波光子读取技术的温度传感器。该系统中，薄膜铌酸锂微环谐振器（线宽为2.87 pm，Q值高达10<sup>5</sup>）同时作为温度感知单元和微波光子滤波器的核心处理部件，通过热光效应将温度变化转换为光学谐振波长偏移，并创新性地借助微波光子技术将其线性映射为微波通带频率变化，采用矢量网络分析仪对微波频率响应进行精确探测，通过高精度频率响应变化实现温度测量，最终建立了温度与频率偏移量之间的定量关系模型。与传统直接检测光学波长变化的方法相比，微波光子学读取技术通过将微小的光学谐振波长偏移量线性地转换为微波通带中心频率的变化，突破了光谱仪固有的波长检测分辨率限制。实验结果表明，传感器灵敏度达27 MHz/℃，分辨率可达0.002℃，在0.01℃实验温度变化条件下，保持良好的线性响应。本研究有效解决了传统光学测温中灵敏度与分辨率之间的权衡问题，为片上集成高精度温度传感提供了新方案。Abstract: 为实现高精度温度传感，本文提出了一种基于高品质因子薄膜铌酸锂微环谐振器与微波光子读取技术的温度传感器。该系统中，薄膜铌酸锂微环谐振器（线宽为2.87 pm，Q值高达10<sup>5</sup>）同时作为温度感知单元和微波光子滤波器的核心处理部件，通过热光效应将温度变化转换为光学谐振波长偏移，并创新性地借助微波光子技术将其线性映射为微波通带频率变化，采用矢量网络分析仪对微波频率响应进行精确探测，通过高精度频率响应变化实现温度测量，最终建立了温度与频率偏移量之间的定量关系模型。与传统直接检测光学波长变化的方法相比，微波光子学读取技术通过将微小的光学谐振波长偏移量线性地转换为微波通带中心频率的变化，突破了光谱仪固有的波长检测分辨率限制。实验结果表明，传感器灵敏度达27 MHz/℃，分辨率可达0.002℃，在0.01℃实验温度变化条件下，保持良好的线性响应。本研究有效解决了传统光学测温中灵敏度与分辨率之间的权衡问题，为片上集成高精度温度传感提供了新方案。
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