[发明专利]含非线性机械振子的光机械微腔结构、测量系统及方法

权利要求书

1.含非线性机械振子的光机械微腔结构，其特征在于，包括硅基座以及位于同一平面的第一微纳梁、第二微纳梁、线性机械振子、非线性机械振子与测量微盘；

所述第一微纳梁的两端、所述线性机械振子的两端均与所述硅基座相连，所述第二微纳梁固定连接在所述线性机械振子的一侧，且所述第二微纳梁与所述第一微纳梁之间具有空气间隙，所述第二微纳梁与所述线性机械振子之间具有第二空气槽；

所述非线性机械振子包括至少两个串联在线性机械振子另一侧的曲线臂，所述曲线臂的中部设有质量块，所述质量块上设有微纳探针，所述测量微盘设在与所述微纳探针相邻的位置，且所述测量微盘与所述微纳探针之间具有第一空气槽；

所述曲线臂的曲线线型为：

式中，h表示曲线臂的预弯曲高度，l表示曲线臂的长度；

所述第一微纳梁、所述第二微纳梁、所述线性机械振子、所述非线性机械振子的底部均悬空。

2.根据权利要求1所述含非线性机械振子的光机械微腔结构，其特征在于，所述第一微纳梁与所述第二微纳梁的光学结构和几何尺寸相同；

所述第一微纳梁上沿长度方向间隔设有若干空气通孔，所述第一微纳梁的缺陷区上的空气通孔的孔径沿中间至两端的方向逐渐减小；

所述第一微纳梁的反射区上的空气通孔的孔径相等，且与所述第一微纳梁的缺陷区上的空气通孔的最小孔径相等。

3.根据权利要求2所述含非线性机械振子的光机械微腔结构，其特征在于，所述第一微纳梁上缺陷区的空气通孔的半径是从中心孔r₀=127.9nm渐变至两端的孔r₇=105.3nm；

所述第一微纳梁上两个反射区的空气通孔半径均为105.3nm，所述第一微纳梁上任意相邻的两空气通孔之间的距离都是等于晶格常数364.8nm；

所述第二微纳梁与所述第一微纳梁之间空气间隙的初始宽度是125nm。

4.一种权利要求1至3任一项所述含非线性机械振子的光机械微腔结构的测试系统，其特征在于，包括：

第一信号输出组件，用于输出第一信号光；

第一微纳拉锥光纤，与所述第一信号输出组件相连，并与光机械微腔结构中的第一微纳梁接触相连，用于将所述第一信号光耦合进光机械微腔结构，以作为泵浦信号光；

第二信号输出组件，用于输出第二信号光；

第二微纳拉锥光纤，与所述第二信号输出组件相连，并与光机械微腔结构中的测量微盘接触相连，用于将所述第二信号光耦合进光机械微腔结构，以作为探测信号光；

光电探测器，与所述第一微纳拉锥光纤、所述第二微纳拉锥光纤相连，用于进行光电转换，以将泵浦信号光转换为第一电压信号、将探测信号光转换为第二电压信号；

显示单元，用于显示测试结果；

高速数据采集卡，与所述光电探测器、所述第一信号输出组件、所述第二信号输出组件、显示单元相连，以用于将第一电压信号与所述第一信号输出组件、所述第二信号输出组件信号同步后由显示单元来显示光机械微腔结构的光学谐振模式；

实时信号分析仪，与所述光电探测器、显示单元相连，以用于根据第二电压信号得到光机械微腔结构的机械振子的机械谐振特性，并通过显示单元进行显示。

5.根据权利要求4所述测试系统，其特征在于，还包括真空器件探测单元，所述真空器件探测单元包括真空箱以及设在真空箱内的第一微纳位移平台、第二微纳位移平台与第三微纳位移平台；

所述第一微纳拉锥光纤通过第一光纤固定夹具固定在所述第一微纳位移平台上，所述第二微纳拉锥光纤通过第二光纤固定夹具固定在所述第二微纳位移平台上，所述光机械微腔结构通过待测芯片固定平台固定在所述第三微纳位移平台上。

6.根据权利要求5所述测试系统，其特征在于，所述第一微纳拉锥光纤、所述第二微纳拉锥光纤均为由标准的单模光纤热熔拉锥至中心芯径低于1.5μm的U型带有微凹的微纳拉锥光纤。