一种纳米谐振器振幅和相位的响应测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种纳米谐振器振幅和相位的响应测量装置

【技术实现步骤摘要】
一种纳米谐振器振幅和相位的响应测量装置


[0001]本申请涉及谐振器
，尤其涉及一种纳米谐振器振幅和相位的响应测量装置
。

技术介绍

[0002]纳米谐振器的尺寸极小，腔体直径一般在几微米到几十微米不等，其中的二维材料的厚度更是可以达到几纳米，在不同驱动频率下振幅和相位响应不同，当外界的激励频率与其自然频率相同时振幅响应最大，同时在其谐振频率附近会发生约
180
度的相位跃变
。
[0003]目前，通常采用矢量网络分析仪探测纳米谐振器振幅相位响应
。
探测方法是将矢量网络分析仪的端口1设置为射频输出通道并用来驱动谐振器，将端口2设置为输入通道并将其与光电测量器的输出端相连，用来提取谐振器的响应信号
。
之后对端口1的输入信号进行扫频并计算输入信号和输出信号的相位差和幅值比，从而得到纳米谐振器的相位和幅度响应曲线
。
但是矢量网络分析仪整套装置的价格非常昂贵，通常在几十万以上
。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本申请实施例致力于提供一种纳米谐振器振幅和相位的响应测量装置，包括：
[0005]任意波形发生器，用于生成第一波形信号和与所述第一波形信号之间具有预设相位差的第二波形信号；
[0006]纳米谐振器，用于在外界信号作用下产生振动信号；
[0007]第一射频功分器，用于将所述振动信号等分，并将等分后的第一振动信号传输至第一信号路径，将等分后的第二振动信号传输至第二信号路径；
[0008]第一处理模块，设置在所述第一信号路径上，用于将所述第一振动信号与所述第一波形信号相乘得到第一结果信号，并滤除所述第一结果信号中的高频分量，得到
I(t)
信号；
[0009]第二处理模块，设置在所述第二信号路径上，用于将所述第二振动信号与所述第二波形信号相乘得到第二结果信号，并滤除所述第二结果信号中的高频分量，得到
Q(t)
信号；
[0010]信号采集系统，用于根据所述
I(t)
信号和所述
Q(t)
信号确定所述纳米谐振器的振幅信号和相位信号
。
[0011]可选地，所述第一处理模块包括第一混频器和第一低通滤波器，所述第一混频器设置在所述第一射频功分器和所述第一低通滤波器之间；
[0012]所述第一混频器用于根据以下公式计算得到所述第一结果信号：
[0013][0014]所述第一低通滤波器用于滤除频率为2ω
+
Δω
的高频分量，并按照以下公式得到
频率为
Δω
的所述
I(t)
信号：
[0015][0016]其中，
t
表示时间，表示相位信号，
A
表示振幅信号
。
[0017]可选地，所述第二处理模块包括第二混频器和第二低通滤波器，所述第二混频器设置在所述第一射频功分器和所述第二低通滤波器之间；
[0018]所述第二混频器用于根据以下公式计算得到所述第二结果信号：
[0019][0020]所述第二低通滤波器用于滤除频率为2ω
+
Δω
的高频分量，并按照以下公式得到频率为
Δω
的所述
Q(t)
信号：
[0021][0022]其中，
t
表示时间，表示相位信号，
A
表示振幅信号
。
[0023]可选地，所述信号采集系统按照以下公式计算得到振幅信号
A
和相位信号
[0024][0025][0026]其中，
h(t)
为所述
I(t)
信号与信号
cos(
Δω
t)
相乘并进行低通滤波后的频率信号，
g(t)
为所述
Q(t)
信号与信号
cos(
Δω
t)
相乘并进行低通滤波后的频率信号
。
[0027]可选地，信号
h(t)
按照以下计算公式得到：
[0028]信号
g(t)
按照以下公式计算得到：
[0029][0030]其中，
t
表示时间，表示相位信号，
A
表示振幅信号
。
[0031]可选地，所述响应测量装置还包括依次电连接的光电探测器
、
带通滤波器和低噪声放大器，所述低噪声放大器与所述第一射频功分器电连接；
[0032]所述光电探测器用于将经过所述纳米谐振器调制后的反射光信号转换为电学信号
。
[0033]可选地，所述光电探测器的输出电压的均方值按照以下公式计算获得：
[0034][0035]其中，
G
表示所述光电探测器增益和响应度的乘积，
T
表示反射光路的透射率，
P
inc
表示入射到所述纳米谐振器上的激光光源的光功率，
z
vib
表示所述纳米谐振器的振动位移，
表示谐振器在平衡位置处反射率对振动位移的导数，表示背景噪声的均方值
。
[0036]可选地，所述响应测量装置还包括依次布置的激光光源
、
偏振分束立方
、
四分之一玻片和显微物镜；
[0037]所述纳米谐振器位于所述显微物镜的下方，所述偏振分束立方还与所述光电探测器相邻；
[0038]经由所述纳米谐振器反射的圆偏振光经过所述四分之一玻片后变换为只有垂直分量的线偏振光，之后经过所述偏振分束立方反射至所述光电探测器中
。
[0039]可选地，所述响应测量装置还包括：
[0040]直流信号源，用于提供直流信号；
[0041]MXG
信号源，用于提供
MXG
信号；
[0042]所述纳米谐振器用于接收所述直流信号和所述
MXG
信号混合后的信号
。
[0043]可选地，所述响应测量装置还包括：
[0044]第二射频功分器，电连接至所述
MXG
信号源的输出端；
[0045]第三射频功分器，电连接至所述任意波形发生器和所述第二混频器之间；
[0046]第三低通滤波器，电连接至所述信号采集系统的输入端；
[0047]第三混频器，其输入端分别连接至所述第二射频功分器和所述第三射频功分器，其输出端连接至所述第三低通滤波器
。
[0048]根据本专利技术实施例的方案，通过第一射频功分器将纳米谐振器产生的振动信号等分并被分成并行的两路信号，之后通过第一处理模块将第一振动信号与第一波形信号相乘，并滤除相乘后的结果中的高频分量，从而可以得到
I(t)
信号，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种纳米谐振器振幅和相位的响应测量装置，其特征在于，包括：任意波形发生器，用于生成第一波形信号和与所述第一波形信号之间具有预设相位差的第二波形信号；纳米谐振器，用于在外界信号作用下产生振动信号；第一射频功分器，用于将所述振动信号等分，并将等分后的第一振动信号传输至第一信号路径，将等分后的第二振动信号传输至第二信号路径；第一处理模块，设置在所述第一信号路径上，用于将所述第一振动信号与所述第一波形信号相乘得到第一结果信号，并滤除所述第一结果信号中的高频分量，得到
I(t)
信号；第二处理模块，设置在所述第二信号路径上，用于将所述第二振动信号与所述第二波形信号相乘得到第二结果信号，并滤除所述第二结果信号中的高频分量，得到
Q(t)
信号；信号采集系统，用于根据所述
I(t)
信号和所述
Q(t)
信号确定所述纳米谐振器的振幅信号和相位信号
。2.
根据权利要求1所述的响应测量装置，其特征在于，所述第一处理模块包括第一混频器和第一低通滤波器，所述第一混频器设置在所述第一射频功分器和所述第一低通滤波器之间；所述第一混频器用于根据以下公式计算得到所述第一结果信号：所述第一低通滤波器用于滤除频率为2ω
+
Δω
的高频分量，并按照以下公式得到频率为
Δω
的所述
I(t)
信号：其中，
t
表示时间，表示相位信号，
A
表示振幅信号
。3.
根据权利要求2所述的响应测量装置，其特征在于，所述第二处理模块包括第二混频器和第二低通滤波器，所述第二混频器设置在所述第一射频功分器和所述第二低通滤波器之间；所述第二混频器用于根据以下公式计算得到所述第二结果信号：所述第二低通滤波器用于滤除频率为2ω
+
Δω
的高频分量，并按照以下公式得到频率为
Δω
的所述
Q(t)
信号：其中，
t
表示时间，表示相位信号，
A
表示振幅信号
。4.
根据权利要求1‑3中任一项所述的响应测量装置，其特征在于，所述信号采集系统按照以下公式计算得到振幅信号
A
和相位信号和相位信号
其中，
h(t)
为所述
I(t)
信号与信号
cos(
Δω
t)
相乘并进行低通滤波后的频率信号，
g(t)
为所述
Q(t...

【专利技术属性】
技术研发人员：莫泽，陈风楠，张策，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：