基于石英PLC平台的超紧凑高分辨率片上光谱仪及其在FBG传感检测中的应用
摘要
基于光子集成平台的片上光谱仪具有尺寸紧凑、可靠性高、成本和功耗低、易与光电探测器阵列集成等优点，近年来引起了人们的广泛关注。本团队提出了一种基于石英平面光波导（PLC）平台的由3×N阵列波导光栅（AWG）构成的新型高分辨率光谱仪。该AWG具有三个通道间隔为(4/3)Δλ的输入波导和N个通道间隔为Δλ的输出波导。三个输入波导采用时分复用，并按顺序被一一激发，因此结合每个输入的所有光谱响应，仅使用N个输出通道即可实现通道波长间隔为(1/3)Δλ且通道数扩大至3×（N-2）的微型光谱仪。设计并制作出了一个输出通道波长间隔Δλ为1.2 nm、输出通道数目N=40的微型光谱仪芯片，其尺寸为16 mm×10.5 mm。实验测得该光谱仪所有输出通道的损耗为-4 dB~-2.5 dB，光谱噪声水平优于-30 dB。该光谱仪的分辨率主要由单通道光谱响应的3 dB带宽决定，即光谱分辨率为0.63 nm。利用所设计光谱仪相邻通道的高度光谱重叠特性，将其用于光纤布拉格光栅（FBG）传感器的波长解调。结合重心（COG）算法并利用该光谱仪的多个通道，完成了对三个FBG传感器的解调，在40~ 120 ℃的温度范围内，解调结果与商用光谱仪读出波长的均方根误差（RMSE）小于20 pm。
引用本文（GB/T 7714）
陈晓菲 Chen Xiaofei, 李轩 Li Xuan, 沈杰 Shen Jie, 等. 基于石英PLC平台的超紧凑高分辨率片上光谱仪及其在FBG传感检测中的应用[J]. Chinese Journal of Lasers, 2025.
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