【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于半导体器件领域，具体涉及基于sdr的谐振器振动模式的并行测量装置及方法。
技术介绍
1、对于石墨烯和过渡金属卤族化物等二维薄膜材料，它们具有极低的面密度，极薄的厚度，以及与外场的强耦合性，这些特点使其非常适用于纳米机械谐振器的研究。基于此类薄膜材料的谐振器的机械振动状态对外力和所吸附的微小质量极其敏感，因此被广泛应用于超灵敏机械力探测领域。对这类谐振器的振动进行检测是指通过将薄膜的机械位移转化为电信号，然后利用锁相放大器、频谱分析仪或信号分析仪等仪器对调制信号进行处理。
2、此外，sdr设备对于多通道的复合测量场景也十分重要，在现有技术中，在质量传感实验中需要同时观察至少两个振动模式，来确定吸附质量以及在谐振器上的吸附位置，然而在这些实验中至少需要使用两套实验设备来实现对两个模式响应的低噪声矢量测量，使得检测过程较为繁琐。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是，现有技术中，针对纳米机械谐振器需要同时观察至少两个振动模式时，至少需要两套实验设备分别进行检测，检测过程繁琐，且成本较高。本专利技术提出了基于sdr（software defined radio，基于软件定义无线电）的谐振器振动模式的并行测量装置及方法，本专利技术的装置为振动模式的多通道并行测量提供了一种简易的替代方案。软件定义无线电相较于传统的通信模块，具有开发时间短，成本低，单一电路可以实现多种通信功能等优势，符合未来数字化以及高集成度的发展趋势。最基本的sdr设备可接收信号的频率范
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：
3、基于sdr的谐振器振动模式的并行测量装置，包括
4、激光器，激光器用于向探测光路射入激光光束；
5、真空腔体，真空腔体内放置待测纳米机械谐振器；
6、驱动信号源，驱动信号源与真空腔体连接，用于对真空腔体内的待测纳米机械谐振器施加驱动信号；
7、探测光路，探测光路将激光器射入的激光光束导入真空腔体内的待测纳米机械谐振器上，并且接收待测纳米机械谐振器的反射光束并传输至光电探测器；
8、光电探测器，光电探测器用于将接收的反射光束转换为模拟射频信号，并传输至sdr设备；
9、sdr设备模块，sdr设备模块的一端连接光电探测器，用于接收光电探测器传输的模拟射频信号；基于sdr设备模块另一端输出的基频信号获得待测纳米机械谐振器的振动模式。
10、作为本专利技术的一种优选技术方案，所述sdr设备模块包括至少一个sdr设备，光电探测器分别连接每个sdr设备的一端，基于每个sdr设备的另一端输出的基频信号分别获得待测纳米机械谐振器对应的各振动模式。
11、作为本专利技术的一种优选技术方案，所述驱动信号源包括直流电压源、以及预设数量射频信号发生器，各射频信号发生器与射频耦合器输入端相连接，直流电压源和射频耦合器输出端通过微波偏执器连接，之后通过射频柔性微带线与真空腔体侧面的射频接口连接，用于对真空腔体内的待测纳米机械谐振器施加驱动信号。
12、作为本专利技术的一种优选技术方案，所述各sdr设备结构相同，sdr设备包括低噪声放大器、调谐器、电压控制振荡器、第一低通滤波器、模数转换模块、复合数字混频器、第二低通滤波器、第三低通滤波器、抽取滤波器。
13、低噪声放大器输入端作为sdr设备输入端，接收光电探测器输出的模拟射频信号；调谐器输入端连接低噪声放大器输出端；电压控制振荡器输入端连接调谐器输出端；第一低通滤波器输入端连接电压控制振荡器输出端；模数转换模块输入端连接第一低通滤波器输出端；复合数字混频器输入端连接模数转换模块输出端；第二低通滤波器、第三低通滤波器输入端分别连接复合数字混频器输出端；抽取滤波器输入端分别连接第二低通滤波器、第三低通滤波器输出端，抽取滤波器输出端作为sdr设备输出端输出预设基频信号。
14、作为本专利技术的一种优选技术方案，所述探测光路包括：两个光纤耦合器、保偏单模光纤、半波片、偏振分束立方、四分之一波片、显微物镜以及若干反射镜；所述激光光束顺序经过一个光纤耦合器、保偏单模光纤、另一个光纤耦合器获得高斯分布的光束；高斯分布的光束通过半波片改变光束的水平分量p波和垂直分量s波的能量占比；然后，光束的水平分量p波和垂直分量s波经若干反射镜折射射入偏振分束立方，经过偏振分束立方后使光束水平分量p波通过，而垂直分量s波的能量反射出光路；通过的水平分量p波的四分之一波片，变为圆偏振光入射到显微物镜中，聚焦后入射到待测纳米机械谐振器上；从待测纳米机械谐振器反射的光进入显微物镜后呈平行光出射，为圆偏振光，圆偏振光经四分之一波片后变为只有垂直分量s波的线偏振光，最后经过偏振分束立方反射至光电探测器中。
15、本专利技术还提出基于sdr的谐振器振动模式的并行测量装置的测量方法,测量步骤如下：
16、步骤1：打开激光器，将待测纳米机械谐振器安装于真空腔体内；
17、步骤2：安装真空腔于三轴位移台上，调整三轴位移台使待测纳米机械谐振器处于显微物镜的焦面上；
18、步骤3：控制驱动信号源对真空腔体内的待测纳米机械谐振器施加驱动信号；
19、步骤4：将sdr设备的一端与光电探测器相连接用于接收光电探测器传输的模拟射频信号；基于sdr设备模块另一端输出的基频信号获得待测纳米机械谐振器的振动模式。
20、本专利技术的有益效果是：本专利技术提供了基于sdr的谐振器振动模式的并行测量装置及方法，包括激光器、真空腔体、驱动信号源、探测光路、光电探测器、sdr设备；基于sdr设备模块输出的基频信号获得待测纳米机械谐振器的振动模式。本专利技术中采用两个sdr设备同时接收光电探测器输出的调制射频电压信号来实现对两个振动模式的实时测量，sdr设备输出端连接计算机利用matlab和gnu radio程序对电学调制信号进行实时处理，解决纳米机械谐振器中多个振动模式的并行测量问题，避免了多套设备分别进行振动模式检测的繁琐，解决纳米机械谐振器中多个振动模式的并行测量问题，简便了检测过程。
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1.基于SDR的谐振器振动模式的并行测量装置，其特征在于，包括
2.根据权利要求1所述基于SDR的谐振器振动模式的并行测量装置，其特征在于，所述SDR设备模块包括至少一个SDR设备，光电探测器分别连接每个SDR设备的一端，基于每个SDR设备的另一端输出的基频信号分别获得待测纳米机械谐振器对应的各振动模式。
3.根据权利要求1所述基于SDR的谐振器振动模式的并行测量装置，其特征在于，所述驱动信号源包括直流电压源、以及预设数量射频信号发生器，各射频信号发生器与射频耦合器输入端相连接，直流电压源和射频耦合器输出端通过微波偏执器连接，之后通过射频柔性微带线与真空腔体侧面的射频接口连接，用于对真空腔体内的待测纳米机械谐振器施加驱动信号。
4.根据权利要求2所述基于SDR的谐振器振动模式的并行测量装置，其特征在于，所述各SDR设备结构相同，SDR设备包括低噪声放大器、调谐器、电压控制振荡器、第一低通滤波器、模数转换模块、复合数字混频器、第二低通滤波器、第三低通滤波器、抽取滤波器;低噪声放大器输入端作为SDR设备的输入端，接收光电探测器输出的模拟射频信号；调
5.根据权利要求1所述基于SDR的谐振器振动模式的并行测量装置，其特征在于，所述探测光路包括：两个光纤耦合器(1)、保偏单模光纤（2）、半波片（3）、偏振分束立方（5）、四分之一波片（6）、显微物镜（7）以及若干反射镜（4）；所述激光光束顺序经过一个光纤耦合器（1）、保偏单模光纤（2）、另一个光纤耦合器（1）获得高斯分布的光束；高斯分布的光束通过半波片（3）改变光束的水平分量p波和垂直分量s波的能量占比；然后，光束的水平分量p波和垂直分量s波经若干反射镜（4）折射射入偏振分束立方（5），经过偏振分束立方（5）后使光束水平分量p波通过，而垂直分量s波的能量反射出光路；通过的水平分量p波经过四分之一波片（6），变为圆偏振光入射到显微物镜（7）中，聚焦后入射到待测纳米机械谐振器上；从待测纳米机械谐振器反射的光进入显微物镜（7）后呈平行光出射，为圆偏振光，圆偏振光经四分之一波片（6）后变为只有垂直分量s波的线偏振光，最后经过偏振分束立方（5）反射至光电探测器中。
6.根据权利要求1所述基于SDR的谐振器振动模式的并行测量装置的测量方法，其特征在于，测量步骤如下：
...【技术特征摘要】
1.基于sdr的谐振器振动模式的并行测量装置，其特征在于，包括
2.根据权利要求1所述基于sdr的谐振器振动模式的并行测量装置，其特征在于，所述sdr设备模块包括至少一个sdr设备，光电探测器分别连接每个sdr设备的一端，基于每个sdr设备的另一端输出的基频信号分别获得待测纳米机械谐振器对应的各振动模式。
3.根据权利要求1所述基于sdr的谐振器振动模式的并行测量装置，其特征在于，所述驱动信号源包括直流电压源、以及预设数量射频信号发生器，各射频信号发生器与射频耦合器输入端相连接，直流电压源和射频耦合器输出端通过微波偏执器连接，之后通过射频柔性微带线与真空腔体侧面的射频接口连接，用于对真空腔体内的待测纳米机械谐振器施加驱动信号。
4.根据权利要求2所述基于sdr的谐振器振动模式的并行测量装置，其特征在于，所述各sdr设备结构相同，sdr设备包括低噪声放大器、调谐器、电压控制振荡器、第一低通滤波器、模数转换模块、复合数字混频器、第二低通滤波器、第三低通滤波器、抽取滤波器;低噪声放大器输入端作为sdr设备的输入端，接收光电探测器输出的模拟射频信号；调谐器输入端连接低噪声放大器输出端；电压控制振荡器输入端连接调谐器输出端；第一低通滤波器输入端连接电压控制振荡器输出端；模数转换模块输入端连接第一低通滤波器输出端；复合数字混频器输入端连接模数转换...
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