基于光热效应的光强探测器及系统.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910986149.4 (22)申请日 2019.10.17 (71)申请人 西南大学 地址 400715 重庆市北碚区天生街道天生 路2号 (72)发明人 解宜原柴俊雄宋婷婷叶逸琛 刘波成朱云超严华 (74)专利代理机构 重庆萃智邦成专利代理事务 所(普通合伙) 50231 代理人 舒梦来 (51)Int.Cl. G01J 1/42(2006.01) (54)发明名称 基于光热效应的光强探测器及系统 (57)摘要 本发明涉及一种基于光热效应的光强探测 器及系统， 具体而言。

2、， 涉及光强度测量领域。 本申 请通过将第一电极和第二电极分别设置在石墨 烯层的一个面上， 并处于石墨烯层的两端， 并且 给该第一电极和第二电极通电， 当待测光纤中的 光从该光强探测器的一端流向另外一端的时候， 待测光纤中的光与该石墨烯层发生耦合， 该石墨 烯层的温度就会有所升高， 根据该石墨烯层温度 升高的情况就可以得到该石墨烯层的热噪声， 根 据该热噪声与该光强的对应关系， 便可以直接得 到该待测光纤中流过的光的光强。 权利要求书1页 说明书5页 附图1页 CN 110702221 A 2020.01.17 CN 110702221 A 1.一种基于光热效应的光强探测器， 其特征在于， 所。

3、述光强探测器包括： 石墨烯层、 第 一电极和第二电极； 所述第一电极和所述第二电极分别设置在所述石墨烯层的一个面上， 并处于所述石墨 烯层的两端。 2.根据权利要求1所述的基于光热效应的光强探测器， 其特征在于， 所述光强探测器还 包括金属颗粒层， 所述金属颗粒层设置在所述石墨烯层远离所述第一电极和所述第二电极 的一侧。 3.根据权利要求1所述的基于光热效应的光强探测器， 其特征在于， 所述金属颗粒层的 材料包括： 金、 银和钼中至少一种贵金属。 4.根据权利要求1所述的基于光热效应的光强探测器， 其特征在于， 所述光强探测器还 包括多个金属单元， 所述石墨烯层远离所述第一电极和所述第二电极的。

4、一侧挖设有多个孔 洞， 多个所述孔洞用于放置多个所述金属单元。 5.根据权利要求4所述的基于光热效应的光强探测器， 其特征在于， 多个所述金属单元 的材料包括： 金、 银和钼中至少一种贵金属。 6.根据权利要求1所述的基于光热效应的光强探测器， 其特征在于， 所述石墨烯层包 括： 第一石墨烯层和第二石墨烯层， 所述第一石墨烯层和所述第二石墨烯层之间形成谐振 腔。 7.根据权利要求1所述的基于光热效应的光强探测器， 其特征在于， 所述光强探测器还 包括增加吸收层， 所述增加吸收层设置在所述石墨烯层远离所述第一电极和所述第二电极 的一侧。 8.根据权利要求7所述的基于光热效应的光强探测器， 其特征。

5、在于， 所述增加吸收层的 材料包括石墨烯碎片或者石墨烯粉。 9.一种基于光热效应的光强探测系统， 其特征在于， 所述光强探测系统包括： 光纤、 温 度检测装置和权利要求1-8任意一项所述的光强探测器， 所述光纤上开设所述光强探测器 对应的槽， 所述光强探测器设置在所述槽中， 所述温度检测装置设置在所述光强探测器的 石墨烯层上， 用于检测所述光强探测器中的石墨烯层的温度。 10.根据权利要求9所述的器件表面磁场显示系统， 其特征在于， 所述光纤包括： 单模光 纤和多模光纤。 权利要求书 1/1 页 2 CN 110702221 A 2 基于光热效应的光强探测器及系统 技术领域 0001 本发明涉。

6、及光强度测量领域， 具体而言， 涉及一种基于光热效应的光强探测器及 系统。 背景技术 0002 发光强度一般简称光强， 国际单位是candela(坎德拉)简写cd， 其他单位有烛光， 支光。 1cd即1000mcd是指单色光源(频率540X1012HZ)的光， 在给定方向上(该方向上的辐 射强度为(1/683)瓦特/球面度)的单位立体角发出的光通量。 0003 现有技术中， 一般是采用和统计采集光的频率、 照射区域面积和间隔t内照到A上 的光子总数， 然后使用公式INhv/At进行计算得到， 其中用I表示光学中的光强， v表示光 的频率， A为照射区域面积， N为时间间隔t内照到A上的光子总数。

7、。 0004 但是， 现有中采集和统计光的频率、 照射区域面积和间隔t内照到A上的光子总数 的时候会出现一定的误差， 使得最终的光强计算不准确。 发明内容 0005 本发明的目的在于， 针对上述现有技术中的不足， 提供一种基于光热效应的光强 探测装置及系统， 以解决现有技术中光强计算不准确的问题。 0006 为实现上述目的， 本发明实施例采用的技术方案如下： 0007 第一方面， 本发明实施例提供了一种基于光热效应的光强探测器， 光强探测器包 括： 石墨烯层、 第一电极和第二电极； 0008 第一电极和第二电极分别设置在石墨烯层的一个面上， 并处于石墨烯层的两端。 0009 可选地， 该光强探。

8、测器还包括金属颗粒层， 金属颗粒层设置在石墨烯层远离第一 电极和第二电极的一侧。 0010 可选地， 该金属颗粒层的材料包括： 金、 银和钼中至少一种贵金属。 0011 可选地， 该光强探测器还包括多个金属单元， 石墨烯层远离第一电极和第二电极 的一侧挖设有多个孔洞， 多个孔洞用于放置多个金属单元。 0012 可选地， 该多个金属单元的材料包括： 金、 银和钼中至少一种贵金属。 0013 可选地， 该石墨烯层包括： 第一石墨烯层和第二石墨烯层， 第一石墨烯层和第二石 墨烯层之间形成谐振腔。 0014 可选地， 该光强探测器还包括增加吸收层， 增加吸收层设置在石墨烯层远离第一 电极和第二电极的一。

9、侧。 0015 可选地， 该增加吸收层的材料包括石墨烯碎片或者石墨烯粉。 0016 第二方面， 本发明实施例还提供了另一种基于光热效应的光强探测系统， 光强探 测系统包括： 光纤、 温度检测装置和第一方面任意一项的光强探测器， 光纤上开设光强探测 器对应的槽， 光强探测器设置在槽中， 温度检测装置设置在光强探测器的石墨烯层上， 用于 检测光强探测器中的石墨烯层的温度。 说明书 1/5 页 3 CN 110702221 A 3 0017 可选地， 该光纤包括： 单模光纤和多模光纤。 0018 本发明的有益效果是： 0019 本申请通过将第一电极和第二电极分别设置在石墨烯层的一个面上， 并处于石墨。

10、 烯层的两端， 并且给该第一电极和第二电极通电， 当待测光纤中的光从该光强探测器的一 端流向另外一端的时候， 待测光纤中的光与该石墨烯层发生耦合， 该石墨烯层的温度就会 有所升高， 根据该石墨烯层温度升高的情况就可以得到该石墨烯层的热噪声， 根据该热噪 声与该光强的对应关系， 便可以直接得到该待测光纤中流过的光的光强。 附图说明 0020 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案， 下面将对实施例中所需要使用的附 图作简单地介绍， 应当理解， 以下附图仅示出了本发明的某些实施例， 因此不应被看作是对 范围的限定， 对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动的前提下， 还可以根据这 些附图获。

11、得其他相关的附图。 0021 图1为本发明一实施例提供的一种基于光热效应的光强探测器结构示意图； 0022 图2为本发明一实施例提供的另一种基于光热效应的光强探测器结构示意图； 0023 图3为本发明一实施例提供的另一种基于光热效应的光强探测器结构示意图； 0024 图4为本发明一实施例提供的另一种基于光热效应的光强探测器结构示意图。 0025 图标： 10-石墨烯层； 11-第一石墨烯层； 12-第二石墨烯层； 20-第一电极； 30-第二 电极； 40-金属颗粒层； 50-增加吸收层。 具体实施方式 0026 为使本发明实施例的目的、 技术方案和优点更加清楚， 下面将结合本发明实施例 中的。

12、附图， 对本发明实施例中的技术方案进行清楚、 完整地描述， 显然， 所描述的实施例是 本发明一部分实施例， 而不是全部的实施例。 通常在此处附图中描述和示出的本发明实施 例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。 0027 因此， 以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护 的本发明的范围， 而是仅仅表示本发明的选定实施例。 基于本发明中的实施例， 本领域普通 技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例， 都属于本发明保护的范 围。 0028 应注意到： 相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项， 因此， 一旦某一项在一 个附图中被定义， 则在随后的附图中不。

13、需要对其进行进一步定义和解释。 0029 在本发明的描述中， 需要说明的是， 术语 “中心” 、“上” 、“下” 、“左” 、“右” 、“竖直” 、 “水平” 、“内” 、“外” 等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系， 或者是该 发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系， 仅是为了便于描述本发明和简化描述， 而不 是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、 以特定的方位构造和操作， 因此不 能理解为对本发明的限制。 此外， 术语 “第一” 、“第二” 、“第三” 等仅用于区分描述， 而不能理 解为指示或暗示相对重要性。 0030 此外， 术语 “水平” 、“竖直” 等术语并。

14、不表示要求部件绝对水平或悬垂， 而是可以稍 微倾斜。 如 “水平” 仅仅是指其方向相对 “竖直” 而言更加水平， 并不是表示该结构一定要完 说明书 2/5 页 4 CN 110702221 A 4 全水平， 而是可以稍微倾斜。 0031 在本发明的描述中， 还需要说明的是， 除非另有明确的规定和限定， 术语 “设置” 、 “安装” 、“相连” 、“连接” 应做广义理解， 例如， 可以是固定连接， 也可以是可拆卸连接， 或一 体地连接； 可以是机械连接， 也可以是电连接； 可以是直接相连， 也可以通过中间媒介间接 相连， 可以是两个元件内部的连通。 对于本领域的普通技术人员而言， 可以具体情况理。

15、解上 述术语在本发明中的具体含义。 0032 图1为本发明一实施例提供的一种基于光热效应的光强探测器结构示意图， 如图1 所示， 本申请实施例提供了一种基于光热效应的光强探测器， 光强探测器包括： 石墨烯层 10、 第一电极20和第二电极30； 第一电极20和第二电极30分别设置在石墨烯层10的一个面 上， 并处于石墨烯层10的两端。 0033 该石墨烯层10的形状可以是长方体， 也可以是正方体， 在此不做限定， 为了清楚的 说明， 在此以该石墨烯层10的形状为长方体进行说明， 另外该长方体的厚度与长度根据实 际情况而定， 在此不做具体限定， 该第一电极20和第二电极30设置在该石墨烯层10的。

16、一侧， 一般的该第一电极20和该第二电极30设置在该石墨烯层10一侧的两端， 该石墨烯层10远离 该第一电极20和第二电极30的一侧用于与光纤贴合， 使得该光强探测器中的石墨烯层10与 该光纤中的光进行耦合， 需要说明的是， 该石墨烯层10的最高温度低于4000摄氏度时， 对光 强的测量较为准确， 当该石墨烯层10的最高温度高于4000摄氏度时， 测量结果误差较大， 热 噪声与该光强的对应关系根据实际实验测量得到， 在此不做多余赘述。 0034 可选地， 该石墨烯层10可以为多层， 多层石墨烯层10之间可以设置一定的空隙， 使 得该多层石墨烯层10与空隙之间形成谐振腔， 增加该石墨烯层10对光。

17、纤中的光的耦合， 需 要说明的是， 该石墨烯的层数根据实际情况进行设定， 在此不做限定。 0035 名词解释， 约翰逊噪声称为热噪声亦称白噪声， 是由导体中电子的热震动引起的， 它存在于所有电子器件和传输介质中。 它是温度变化的结果， 但不受频率变化的影响。 热噪 声是在所有频谱中以相同的形态分布， 它是不能够消除的， 由此对通信系统性能构成了上 限。 0036 约翰逊噪声的计算方法如下： 0037 Vn4KTRB0.5 0038 其中， K为波尔兹曼常数(1.38x10-23J/K)， T为电阻的温度， B是带宽， R是电阻阻 值。 0039 图2为本发明一实施例提供的另一种基于光热效应的光。

18、强探测器结构示意图， 如 图2所示， 可选地， 该光强探测器还包括金属颗粒层40， 金属颗粒层40设置在石墨烯层10远 离第一电极20和第二电极30的一侧。 0040 该金属颗粒层40设置在该光强探测器用于紧贴光纤的一侧， 金属颗粒层40可以增 加该石墨烯层10与光纤中的光的耦合， 进而使得该石墨烯层10对光纤中的光的吸收率增 加， 使得对该光纤中的光强的探测更加准确。 0041 可选地， 该金属颗粒层40的材料包括： 金、 银和钼中至少一种贵金属。 0042 该金属颗粒层40的材料可以为： 金、 银和钼中任意一种单质材料， 也可以为： 金、 银 和钼组合形成的混合材料， 该： 金、 银和钼组。

19、成的混合材料中各组分的比例根据实际情况进 行设定， 在此不做具体限定。 说明书 3/5 页 5 CN 110702221 A 5 0043 可选地， 该光强探测器还包括多个金属单元(图中未示出)， 石墨烯层10远离第一 电极20和第二电极30的一侧挖设有多个孔洞， 多个孔洞用于放置多个金属单元。 0044 该石墨烯层10用于紧贴光纤的一侧挖设有多个凹槽， 该多个凹槽用于设置金属单 元， 由于金属可以增加该石墨烯层10与光纤中的光的耦合情况， 进一步增加该石墨烯层10 对光强的吸收率， 使得对该光纤中的光强的探测更加准确。 0045 可选地， 该多个金属单元的材料包括： 金、 银和钼中至少一种贵。

20、金属。 0046 该多个金属单元的材料可以为： 金、 银和钼中任意一种单质材料， 也可以为： 金、 银 和钼组合形成的混合材料， 该： 金、 银和钼组成的混合材料中各组分的比例根据实际情况进 行设定， 在此不做具体限定。 0047 图3为本发明一实施例提供的另一种基于光热效应的光强探测器结构示意图， 如 图3所示， 可选地， 该石墨烯层10包括： 第一石墨烯层11和第二石墨烯层12， 第一石墨烯层11 和第二石墨烯层12之间形成谐振腔。 0048 为了增加该石墨烯层10对光纤中的光的吸收率， 则可以将该石墨烯层10设置为多 层结构， 具体地， 该石墨烯层10包括第一石墨烯层11和第二石墨烯层1。

21、2， 该第一石墨烯层11 和第二石墨烯层12之间具有一定的空隙， 该空隙的宽度根据实际情况进行设定， 在此不做 具体限定， 该第一石墨烯层11、 第二石墨烯层12和空气三者组成了一个谐振腔， 当光纤中的 光流过该谐振腔时， 光会在该谐振腔中发生表面等离激元， 使得该石墨烯层10对该光纤中 的光的吸收率增加， 进而使得对该光纤中的光强测量更加准确。 0049 图4为本发明一实施例提供的另一种基于光热效应的光强探测器结构示意图， 如 图4所示， 可选地， 该光强探测器还包括增加吸收层50， 增加吸收层50设置在石墨烯层10远 离第一电极20和第二电极30的一侧。 0050 可选地， 该增加吸收层5。

22、0的材料包括石墨烯碎片或者石墨烯粉。 0051 为了增加该光强探测器对光的吸收情况， 则可以在该光强探测器的石墨烯层10远 离第一电极20和第二电极30的一侧设置有增加吸收层50， 该增加吸收层50的材料可以是石 墨烯碎片或者是石墨烯粉， 需要说明的是， 该石墨烯粉是由石墨烯颗粒组成， 具体颗粒大小 在此不做限制。 0052 本申请通过将第一电极20和第二电极30分别设置在石墨烯层10的一个面上， 并处 于石墨烯层10的两端， 并且给该第一电极20和第二电极30通电， 当待测光纤中的光从该光 强探测器的一端流向另外一端的时候， 待测光纤中的光与该石墨烯层10发生耦合， 该石墨 烯层10的温度就。

23、会有所升高， 根据该石墨烯层10温度升高的情况就可以得到该石墨烯层10 的热噪声， 根据该热噪声与该光强的对应关系， 便可以直接得到该待测光纤中流过的光的 光强。 0053 本发明实施例还提供了另一种基于光热效应的光强探测系统， 光强探测系统包 括： 光纤、 温度检测装置和第一方面任意一项的光强探测器， 光纤上开设光强探测器对应的 槽， 光强探测器设置在槽中， 温度检测装置设置在光强探测器的石墨烯层10上， 用于检测光 强探测器中的石墨烯层10的温度。 0054 可选地， 该光纤包括： 单模光纤和多模光纤。 0055 在光纤上开设凹槽或楔形凹槽， 石墨烯层10远离第一电极20和第二电极30的一。

24、侧 贴附在凹槽内壁上， 这样一来有利于光纤内芯中的光耦合到石墨烯层10中， 提高探测灵敏 说明书 4/5 页 6 CN 110702221 A 6 度； 还可以在光纤中， 沿水平方向设置有楔形凹槽， 就是沿光的传播方向设置凹槽， 石墨烯 层10远离第一电极20和第二电极30的一侧贴附在凹槽侧面， 这样一来， 不仅减少了石墨烯 层10与光纤中主要能量分布位置的距离， 而且在楔形凹槽的底部， 石墨烯层10具有结构上 的奇点， 在该处产生更多的热， 提高探测灵敏度。 0056 以上所述仅为本发明的优选实施例而已， 并不用于限制本发明， 对于本领域的技 术人员来说， 本发明可以有各种更改和变化。 凡在本发明的精神和原则之内， 所作的任何修 改、 等同替换、 改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。 说明书 5/5 页 7 CN 110702221 A 7 图1 图2 图3 图4 说明书附图 1/1 页 8 CN 110702221 A 8 。