[实用新型]低损耗亚纳分辨率的光纤测振系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种光电测振仪，特别是公开一种低损耗亚纳分辨率的光纤测振系统，属于光电检测技术领域。 

背景技术

采用微结构器件，如NMM（Nano-measuring Machine）器件以及HEMS器件对物质成分的属性及含量进行高精度测量的传感器由于具有灵敏度高、响应速度快、光损耗低、尺寸小、成本低等优点，是近年来国际国内上的研究热点之一。其中，光纤检测由于抗电磁干扰，可以制造传感各种不同物理信息（声、光、磁、温度等）的器件，又可以用于高压、电器噪声、高温、腐蚀或者其他的恶劣环境中等优点，得到了该领域研究者广泛关注。随着光子器件的微型化集成化的发展进程，卫星光学器件呈现出了很多肉眼无法观测到的物理现象，而微纳光纤作为为光子器件的基本结构单元，因为具有小尺寸、易剪裁、强倏逝波传输等优良特性收到越来越多的关注，成为光子学前沿的研究热点。 

目前测振领域的相关研究中，大部分采用干涉或者反射式原理进行测振。干涉测量技术实利用参考光和信号光的干涉调制解调出信号光所携带的信息，从而可以测量出振动信号的大小，所以该系统对光源的相干长度要求较高，且干涉条件苛刻，集成性差，系统较复杂；而反射式测振系统是利用振动信号经过反射引起光纤中的传输光强发生变化，通过检测光强的变化实现对振动的测量的系统，所以其精确度差，测量范围小。并且两种测振系统对于振动频率为低频的信号的分辨率较低。这些严重的限制了测振系统的发展，为了解决上述问题，提出了一些测量微小振动的光学系统测振仪。基于光在单模光纤中传播时在横剖面上的光强是高斯分布的这一原理，测量微纳尺寸的微小振动。该装置不需利用光的干涉或者反射现象，直接通过测量光纤针尖探针接收到的光强大小即可调制解调出振动幅度大小。该系统结构简单，但是信号处理比较困难，并且该装置存在对小频率振动无法测量的缺陷。 

发明内容

本实用新型的目的是为了克服本领域现有技术无法测量小频率振动的不足，提供一种低损耗亚纳分辨率的光纤测振系统及相应的信号处理方法，本实用新型产品易制造，低损耗，小尺寸，高分辨率且适用于低频信号的检测。 

本实用新型是这样实现的：一种低损耗亚纳分辨率的光纤测振系统，其特征在于所述测振系统的装置及连接关系为：光源2由普通驱动电源1驱动；沿光源2发射光前进方向依次放置要检测的振动台6，微悬臂系统7；所述的光源2传出的光在第一光纤3中传播；压电阶段11中涉及需移位对准的仪器包括粘附有第一光纤3的待测的振动台6、微悬臂系统7以及显微镜4，显微镜4设于振动台6和微悬臂系统7的上方；所述的微悬臂系统7包括可调的三维平台14和粘附在其上的末端是纳米针尖探针的第二光纤5，第二光纤5的另一端与光电转换装置8的输入端连接；所述的光电转换装置8的输出端与数据采集和处理装置9连接；所述的数据采集和处理装置9与信号监视器10连接。 

所述的电源1给光源2提供直流驱动电流和交流驱动电流，并且其调制信号输出端可以输出与供给电源的交流驱动电流信号同频率的交流电压信号。所述的光源2为半导体激光器。所述待测的振动台6上的第一光纤3与微悬臂的第二光纤5的纳米针尖探针为非接触式，且间隔为微米级，当光通过待测振动台上的第一光纤3传播到末端为纳米针尖探针的第二光纤5中时，纳米针尖探针可以探测基本模式的模场分布。所述的数据采集和处理装置9是A/D采集卡，包括数据采集装置12和数据处理装置13。所述的显微镜4为微米级分辨率的显微镜。所述的第一光纤3和第二光纤5均为单模光纤。所述的纳米针尖探针是微悬臂系统7的一部分，是一个高分辨率的探测器。所述的光电转换装置8为CCD或者光功率计。所述的信号监视器10为示波器或者电脑器。所述的光电转换装置8为CCD或者光功率计。所述的信号监视器10为示波器或者电脑。 

本实用新型的有益效果是：本实用新型采用了光纤传感器的一部分，价格便宜，精度较高。本实用新型通过探测接收到的光强大小的变化，计算出其振动幅度的大小，不需要调制解调相位等其他光信息，结构系统简单，不需要采用特殊装置调制解调。本实用新型设计了微悬臂系统及纳米针尖探针光纤，不仅精度高而且可以测量微纳米结构的低频振动。本实用新型还采用半导体激光光源以及采用普通电源进行驱动，对光源等器件没有特殊要求，且易于实现重复操作。 

附图说明

图1  是本实用新型测振系统采用标准台的结构框图。 

图2  是本实用新型测振系统采用振动台的结构框图。 

图3  是本实用新型的系统结构框图。 

图4  是本实用新型无振动情况下的测量曲线图。