[实用新型]半导体激光单光源激振测振装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及谐振传感器，特别是一种半导体激光单光源激振测振装置。

背景技术

随着微电子机械系统(MEMS)的发展，基于微电子技术和微机械加工技术的硅微机械谐振传感器显示出良好的发展前景。它不但具有精度高、抗干扰能力强、适用于长距离信号传输的优点，而且可以利用成熟的硅集成制造工艺，得到批量的高可靠性、价格低廉的产品，有着巨大的商业价值。该传感技术利用谐振器的固有频率随被测物理量的变化而变化实现测量，已被广泛地用于压力、真空度、角速度、加速度、磁场强度、流量、温度、湿度以及气体成分等物理量的高精度测量。在硅微机械谐振传感器众多的工作方式(电、磁、光、声等方式)中，光激励、光检测的全光学工作方式得到了人们的普遍关注，取得了许多重要的成果。

目前该领域的相关研究中，大多采用双光源实验装置，这种方法虽然相对容易实现器件的激励和检测，但是由于系统比较复杂，限制了向多传感头系统的发展。为了解决这个问题，一些单光源的激振测振方法被提出。但是这些方法存在诸如易受外界干扰和测量精度较低(在先技术1，J David Zook，David W.Burns，William R.Herb et al..Optically excited self-resonant microbeams，Sensors and Actuators[J].1996，A52(1-3)：92-98)或者对光源等器件有特殊要求(在先技术2，Liu Yueming，Liu Junhua，Zhang Shaojun.A laboratory study of photothermal excited silicon microresonators withcoated film[J].Acta Optica Sinica，2003，23(5)：529-533)等问题。

采用贝塞尔函数比值法的单光源激振测振方法(在先技术3，Liu Yingming，WangXiangzhao.A single optical source system for exciting and detecting the vibration ofsilicon microresonator sensors[J].Chinese J.Lasers，2006，A33(12)：1661-1664)，只能测量出谐振器的振动幅度，不能给出谐振器的振动位移曲线。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种半导体激光单光源激振测振装置，该装置在高精度地得到谐振器的谐振频率的同时，还可获得纳米精度的谐振器的位移曲线。

本实用新型的技术解决方案如下：

一种半导体激光单光源激振测振装置，包括由第一驱动电源驱动的带有温度控制器的光源，所述的第一驱动电源为该光源提供直流驱动电流和正弦交流驱动电流；沿该光源发射光前进方向依次放置隔离器、耦合器及准直器；准直器出射光方向设置一谐振器；与第二光电转换器的输出端连接的是第二前置放大器；与封装在光源内部的第一光电转换器的输出端连接的是第一前置放大器；信号处理器；信号监视器，所述的光源和隔离器由第一段光纤相连，所述的隔离器和耦合器的第一端口由第二段光纤相连，所述的耦合器的第二端口和准直器由第三段光纤相连，耦合器的第三端口和第二光电转换器的输入端由第四段光纤相连；其特点是在所述的准直器上固定有由第二驱动电源驱动的正弦相位调制装置，所述的第一前置放大器的输出端、第二前置放大器的输出端和第二驱动电源的交流驱动信号输出端分别与信号处理器的三个输入端相连，该信号处理器的输出端与信号监视器的输入端相连，所述的第二驱动电源输出的正弦交流驱动电流的频率ω大于第一驱动电源输出的正弦交流驱动电流频率ω_c的两倍。

所述的光源是半导体激光二极管，并且其内部封装了第一光电转换器，所说的第一光电转换器是一光电二极管。

所述的正弦信号调制装置是由第二驱动电源驱动的固定在准直器上的压电陶瓷，所说的压电陶瓷使准直器在其出射光方向上产生正弦振动。

所述的第二光电转换器是光电二极管或者光电池。

所述的信号处理器由除法器、乘法器、低通滤波器和单片机构成，除法器的第一输入端和第二输入端即信号处理器的输入端；除法器的输出端与乘法器的第一输入端相连；乘法器的第二输入端即信号处理器的第三输入端；乘法器的输出端与低通滤波器的输入端相连接；低通滤波器的输出端与单片机的输入端相连，单片机的输出端直接与信号监视器相连。

所述的单片机具有对输入信号求解反正弦函数的程序。