[实用新型]测量极低温下纳米谐振器振动模式的装置

说明书

本实用新型属于微波和光学领域，为解决极低温下纳米谐振器振动模式难以测量的问题，公开了一种测量极低温下纳米谐振器振动模式的装置，纳米谐振器安装在PCB电路板上，固定在低温恒温器内的五轴位移器上，并通过柔性波导和同轴线与激励电源和频率测试装置通信。激励电源产生激励信号使纳米谐振器发生振动。激光器产生的激光经调节，入射到低温恒温器中。移动五轴位移器，使激光照射到纳米谐振器的不同部位均匀分布的若干个点上。通过各点反射光强度的变化，得到该点处纳米谐振器薄膜与衬底的距离，绘制出纳米谐振器的振动模式。

技术领域

本实用新型属于微波和光学领域，测量极低温下纳米谐振器振动模式的装置。

背景技术

目前，对纳米谐振器的研究主要集中在常温。纳米谐振器的功率很小，热噪声会对谐振器性质的测量产生很大影响。因此，有人尝试在低温下测量纳米谐振器的性质。然而，该设想遇到了很多问题。

第一，在常温下，一般使用同轴线传输激励信号和振动信号，该同轴线为了满足阻抗匹配，直径在数个毫米，密度大，使得移动纳米谐振器需要较大的功率，例如使用步进电机。在低温下，如果移动连接有同轴线的纳米谐振器，使用的能量会使低温恒温器迅速升温，破坏低温环境。

第二，在常温下，光路调整余地大，可以同时改变激光光路和纳米谐振器的位置使激光以需要的角度照射在纳米谐振器上。在低温恒温器中，为了尽量减少干扰光进入恒温腔，破坏低温环境，恒温腔的光学窗口只有一个很小的光阑。激光光路调整范围十分有限，主要靠移动纳米谐振器，才能满足入射光条件。

第三，在常温下组装好测量系统后，降低至实验温度后，由于温度变化引起的形变可能使纳米谐振器偏离原来的位置，如果不能改变恒温腔内纳米谐振器的位置，影响测量精度。

因此，现有技术难以测量极低温下纳米谐振器的振动模式。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决极低温下测量纳米谐振器振动模式难以测量的问题。技术方案如下：

一种测量极低温下纳米谐振器振动模式的装置，包括：激光器、调节光路、半透半反镜、光强测量装置、低温恒温器、五轴位移器、控制器、纳米谐振器、PCB电路板、若干柔性波导、同轴线、激励电源、频率测量装置、控制器、以及若干导线：其中：所述的低温恒温器包括恒温腔，恒温腔内部以及外部均设置若干个微波传输接口；所述的五轴位移器、PCB电路板、纳米谐振器均置于恒温腔中；PCB电路板设置于五轴位移器上；纳米谐振器置于PCB电路板上，并与PCB 电路板通过导线连接，用于传输激励信号和振动信号；PCB电路板与恒温腔内部的微波传输接口之间通过柔性波导连接；恒温腔外部的微波传输接口与所述的激励电源以及频率测量装置之间均通过同轴线连接；五轴位移器与恒温腔外部的控制器通过导线相连，用于传输控制信号；激光器发出的激光经调节光路和半透半反镜入射到恒温腔中，从纳米谐振器反射的光透过半透半反镜入射到光强测量装置；所述的激励电源、同轴线、恒温腔外部的微波传输接口、恒温腔内部的微波传输接口、柔性波导、PCB电路板和纳米谐振器依次连接构成闭合回路；纳米谐振器、柔性波导、恒温腔内部的微波传输接口、恒温腔外部的微波传输接口、同轴线、频率测量装置依次连接构成闭合回路。

上述装置可以实现测量极低温下纳米谐振器振动模式的工作原理是：

将恒温腔内的纳米谐振器与激励电源、频率测量装置连接，实现在极低温下激发纳米谐振器振动，及其共振频率的测量。激光经调节光路，以合适的状态入射到恒温腔内。具有三个平移轴以及两个旋转轴的五轴位移器使激光够精确地以需要的方式照射到纳米谐振器上。通过恒温腔、柔性波导有效地降低了纳米谐振器的位移驱动功率，有效的保证了低温环境。使激光照射到纳米谐振器不同部位均匀分布的若干个点上，并使用光强测量装置测量各点的反射光强，就可以绘制出纳米谐振器的振动模式。

优选方案：所述的调节光路包括：可调衰减片、单模光纤、双凸透镜聚焦系统；激光器发出的激光经过衰减片衰减后，再经过单模光纤选模，最后通过双凸透镜聚焦系统，激光的束腰位于恒温腔内的纳米谐振器附近。