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电压放大器在芯片级腔光力传感器谐振腔耦合实验中的关键应用

作者:小编 时间:2025-11-27 08:47:26 点击:

  本研究采用绝缘体上硅(Silicon‐On‐Insulator,SOI)技术刻蚀制作的芯片级腔光力加速度计作为实验的光机械系统。通过调节光纤耦合状态改变腔内光场模态体积,实现光机械耦合强度的可控性。验证强互锁状态下机械品质因数(Q值)的提升及系统底噪的抑制效果。开发高灵敏度的腔光力加速度传感器,目标频段为千赫兹范围。

  1、光学系统:激光源(工作波长1510nm)、光纤偏振控制器(FPC)、V型光纤锥(透射率90%)。光电探测器(PD)、电子频谱仪(ESA)、数据采集卡(DAQ)。

  3、核心器件:硅基二维光子晶体谐振腔(尺寸16μm×10μm,晶格常数510nm)。高压放大器(用于驱动压电陶瓷产生加速度信号)。

  注:①激光源;②光纤跳线;③三环偏振控制器;④真空光纤法兰;⑤真空腔;⑥光电探测器;⑦频谱仪;⑧真空排针;⑨电压源;⑩波形发生器;⑪高压放大器;⑫射频跳线;⑬数据采集器;⑭计算机;⑮显微镜;⑯点光源;⑰真空计。

  (2)监测自脉冲振荡(1510.40–1511.06nm)与光机械自持续振荡(1511.06–1511.86nm)的共存状态,自脉冲振荡和光机械共振共存的过渡状态光学特性如图2所示。

  (1)在强互锁模式下,施加6kHz交流加速度激励,记录机械谱响应。图3显示了强互锁模式下的光机械传感响应,其中,黑线)表示静止状态下光机械传感器的功率谱密度,而6kHz处的蓝线)和红线)则表示在施加不同幅值的6kHz交流加速度后的机械谱。

  (2)通过频谱分析计算灵敏度,并对比弱/强互锁状态的Q值与底噪差异,对其进行线kHz处加速度计的灵敏度为126.58mV/g如图4所示。

  实验结果:1、Q值提升:强互锁状态下机械Q值较弱互锁状态提升约10倍。2、噪声抑制:系统底噪降低26dB。3、灵敏度:加速度传感器在6kHz下达到126.58mV/g的灵敏度。4、光机械锁定:功实现低频(72.2kHz)光机械共振与自脉冲的互锁。

  本文实验素材由西安安泰电子整理发布。Aigtek已经成为在业界拥有广泛产品线,且具有相当规模的仪器设备供应商,样机都支持免费试用。西安安泰电子是专业从事功率放大器、高压放大器、功率信号源、前置微小信号放大器、高精度电压源、高精度电流源等电子测量仪器研发、生产和销售的高科技企业。Aigtek已经成为在业界拥有广泛产品线,且具有相当规模的仪器设备供应商,样机都支持免费试用。