一种蹦床型纳米腔光机械谐振器及传感测量系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种蹦床型纳米腔光机械谐振器，包括单模光纤、空芯光纤和蹦床型石墨烯膜，所述单模光纤具有第一端面和第二端面，所述空芯光纤具有第一端面和第二端面，所述单模光纤的第二端面与所述空芯光纤的第一端面相熔接，所述空芯光纤在所述单模光纤的第二端面上形成预定腔长的一光纤空腔；所述蹦床型石墨烯膜形成于所述空芯光纤的第二端面上，且悬空于所述光纤空腔上；所述蹦床型石墨烯膜上形成有一反射薄膜。该蹦床型纳米腔光机械谐振器可提高测量效果。本实用新型专利技术还公开了一种传感测量系统，包括上述蹦床型纳米腔光机械谐振器。振器。振器。

【技术实现步骤摘要】
一种蹦床型纳米腔光机械谐振器及传感测量系统


[0001]本技术涉及光纤传感领域，尤其涉及一种蹦床型纳米腔光机械谐振器及传感测量系统。

技术介绍

[0002]随着现代化技术发展，纳米机械谐振器近年来受到越来越多的关注。纳米机电系统(NEMS)因其体积小、重量轻、灵敏度高等优点，在物理、精密测量和生物参数传感等领域发挥着重要作用。在众多的纳米机械谐振器中，近年来最受到广泛关注的是基于二维材料的纳米机械谐振器，尤其是基于石墨烯的纳米机械谐振器。石墨烯除了具有优良的导电性和超高强度外，还表现出良好的导热性。正是由于这些原因，石墨烯成为制造纳米机械谐振器的理想候选材料。
[0003]如专利号为CN201710235221.0的中国专利中公开了一种石墨烯膜光纤法珀谐振器及其激振/拾振检测方法。该谐振器探头部分主要由石墨烯膜、插芯匹配套管、光纤插芯、光纤插芯和单模光纤构成。该方法采用基于激励DFB激光器、检测DFB激光器、电光调制器、掺铒光纤放大器、耦合器、环形器、光电探测器、锁相放大器和带通滤波器等搭建而成的光纤式干涉激振/拾振装置。所述锁相放大器输出扫频信号到电光调制器，并加载至激励DFB激光器以调制激励激光的光强呈周期性变化，调制后的激励激光经掺铒光纤放大器放大，与检测激光在耦合器中耦合，经过环形器照射至石墨烯膜光纤FP谐振器的石墨烯膜，使之产生受迫简谐振动，从而周期性改变FP腔的腔长。由于激励DFB激光器和检测DFB激光器的波长不同，利用带通滤波器可滤去激励激光，滤波后光电信号馈入光电探测器，利用锁相放大器进行信号采集，可提取石墨烯膜的振动频率，实现对石墨烯膜光纤FP谐振器的激振/拾振，进而可基于谐振频率变化获取被测量信息。
[0004]然而，石墨烯膜的反射率较低，很大一部分检测激光会透过石墨烯膜而溢出至FP腔外，影响到测量效果。

技术实现思路

[0005]为了解决上述现有技术的不足，本技术提供一种蹦床型纳米腔光机械谐振器，可提高测量效果。
[0006]本技术还提供一种传感测量系统，包括上述蹦床型纳米腔光机械谐振器。
[0007]本技术所要解决的技术问题通过以下技术方案予以实现：
[0008]一种蹦床型纳米腔光机械谐振器，包括单模光纤、空芯光纤和蹦床型石墨烯膜，所述单模光纤具有第一端面和第二端面，所述空芯光纤具有第一端面和第二端面，所述单模光纤的第二端面与所述空芯光纤的第一端面相熔接，所述空芯光纤在所述单模光纤的第二端面上形成预定腔长的一光纤空腔；所述蹦床型石墨烯膜形成于所述空芯光纤的第二端面上，且悬空于所述光纤空腔上；所述蹦床型石墨烯膜上形成有一反射薄膜。
[0009]进一步地，所述反射薄膜为纳米金膜。
[0010]进一步地，所述单模光纤包括纤芯和包层，所述包层包裹在所述纤芯的外周面上，所述单模光纤的包层与所述空芯光纤相熔接，所述单模光纤的纤芯与所述空芯光纤内的光纤空腔相对准。
[0011]进一步地，所述蹦床型石墨烯膜包括固定区域和谐振区域，所述固定区域位于所述谐振区域的外围上，所述固定区域附着固定于所述空芯光纤的第二端面上，所述谐振区域悬空于所述空芯光纤的光纤空腔上。
[0012]进一步地，所述蹦床型石墨烯膜还包括多个悬挂区域，各个悬挂区域连接于所述谐振区域和固定区域之间；相邻的悬挂区域之间为镂空区域，所述光纤空腔从所述镂空区域中露出。
[0013]进一步地，还包括包括硅石英管，所述空芯光纤插入到所述硅石英管内；所述硅石英管朝向所述单模光纤的一端熔接在所述单模光纤上，另一端密封设置；所述硅石英管的内部为真空状态。
[0014]一种传感测量系统，包括光学测量装置和上述的蹦床型纳米腔光机械谐振器，所述光学测量装置包括激励激光器、电光调制器、检测激光器、光纤耦合器、光纤环形器、带通滤波器、光电探测器和矢量网络分析仪，所述光纤耦合器具有第一入射端、第二入射端和出射端，所述光纤环形器具有入射端、反射端和透射端，所述激励激光器通过所述电光调制器连接至所述光纤耦合器的第一入射端，所述检测激光器连接至所述光纤耦合器的第二入射端，所述光纤耦合器的出射端连接至所述光纤环形器的入射端，所述光电探测器通过所述带通滤波器连接至所述光纤环形器的反射端；所述矢量网络分析仪连接控制所述电光调制器和光电探测器；所述单模光纤的第一端面与所述光学测量装置相连接。
[0015]进一步地，所述检测激光器与所述光纤耦合器的第二入射端之间还连接有光学隔离器。
[0016]进一步地，所述光学测量装置还包括宽带光源和光谱仪，所述宽带光源与所述光纤耦合器通过第一切换器连接至所述光纤环形器的入射端上，所述光谱仪与所述带通滤波器通过第二切换器连接至所述光纤环形器的透射端；所述第一切换器用于切换选择所述宽带光源和光纤耦合器之一与所述光纤环形器的入射端连接，所述第二切换器用于切换选择所述光谱仪和带通滤波器之一与所述光纤环形器的透射端连接。
[0017]进一步地，还包括加热装置，所述光纤空腔、蹦床型石墨烯膜和反射薄膜设置于所述加热装置内进行加热。
[0018]本技术具有如下有益效果：该蹦床型纳米腔光机械谐振器通过在所述蹦床型石墨烯膜上形成一层反射薄膜，利用所述反射薄膜弥补所述蹦床型石墨烯膜反射率不足的问题，使得所述检测光信号在透过所述蹦床型石墨烯膜后，能够被所述反射薄膜反射回所述光纤空腔内，并重新进入到所述单模光纤内，避免所述检测光信号溢出至所述光纤空腔外，提高了所述检测光信号的反射量，进而提高测量效果。
附图说明
[0019]图1为本技术提供的蹦床型纳米腔光机械谐振器的结构示意图；
[0020]图2为本技术提供的蹦床型纳米腔光机械谐振器中蹦床型石墨烯膜的结构示意图；
[0021]图3为本技术提供的另一蹦床型纳米腔光机械谐振器的结构示意图；
[0022]图4为本技术提供的传感测量系统的结构示意图；
[0023]图5为本技术提供测量获得的一谐振频率的示意图。
具体实施方式
[0024]下面结合附图和实施例对本技术进行详细的说明，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。
[0025]在本技术的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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，仅是为了便于描述本技术和简化描述，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技术的限制。
[0026]此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种蹦床型纳米腔光机械谐振器，包括单模光纤、空芯光纤和蹦床型石墨烯膜，所述单模光纤具有第一端面和第二端面，所述空芯光纤具有第一端面和第二端面，所述单模光纤的第二端面与所述空芯光纤的第一端面相熔接，所述空芯光纤在所述单模光纤的第二端面上形成预定腔长的一光纤空腔；所述蹦床型石墨烯膜形成于所述空芯光纤的第二端面上，且悬空于所述光纤空腔上；其特征在于，所述蹦床型石墨烯膜上形成有一反射薄膜。2.根据权利要求1所述的蹦床型纳米腔光机械谐振器，其特征在于，所述反射薄膜为纳米金膜。3.根据权利要求1所述的蹦床型纳米腔光机械谐振器，其特征在于，所述单模光纤包括纤芯和包层，所述包层包裹在所述纤芯的外周面上，所述单模光纤的包层与所述空芯光纤相熔接，所述单模光纤的纤芯与所述空芯光纤内的光纤空腔相对准。4.根据权利要求1所述的蹦床型纳米腔光机械谐振器，其特征在于，所述蹦床型石墨烯膜包括固定区域和谐振区域，所述固定区域位于所述谐振区域的外围上，所述固定区域附着固定于所述空芯光纤的第二端面上，所述谐振区域悬空于所述空芯光纤的光纤空腔上。5.根据权利要求4所述的蹦床型纳米腔光机械谐振器，其特征在于，所述蹦床型石墨烯膜还包括多个悬挂区域，各个悬挂区域连接于所述谐振区域和固定区域之间；相邻的悬挂区域之间为镂空区域，所述光纤空腔从所述镂空区域中露出。6.根据权利要求1所述的蹦床型纳米腔光机械谐振器，其特征在于，还包括硅石英管，所述空芯光纤插入到所述硅石英管内；所述硅石英管朝向所述单模光纤的一端熔接在所述单模光纤上，另一端密封设置；所述硅石英管的内部为真空状态...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖航，刘申，陈燕苹，陈培敬，刘博男，王义平，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：新型
国别省市：