[發明專利]基于石墨烯機械振子高溫傳感器及工作方法

有效

• 申請號: 202110958390.3
• 申請日: 2021-08-20
• 公開（公告）號: CN113639776B
• 公開（公告）日: 2022-09-09
• 發明（設計）人: 鄧光偉;趙子凡;程則迪;陳慧;牛曉濱;周強;王浟;宋海智
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 敖歡

1.一種基于石墨烯機械振子高溫傳感器，其特征在于：包括探測光路、驅動光路、匯聚光路、反射光路；

沿探測光路方向，依次包括探測激光源、與探測激光源發出的空間光耦合的第一單模光纖(1-1)、與第一單模光纖(1-1)連接的第一光纖耦合器(2-1)、與第一光纖耦合器(2-1)中心對準的第一半波片(3-1)、與第一半波片(3-1)出射光對準的第一偏振分束棱鏡(4-1)、與第一偏振分束棱鏡(4-1)出射光對準的第一透鏡(5-1)、與第一透鏡(5-1)中心對準的第一精密針孔(6-1)、與第一精密針孔(6-1)中心對準的第二透鏡(5-2)、與第二透鏡(5-2)中心對準的第三半波片(3-3)、對第三半波片(3-3)的出射光進行反射的第一高反鏡(7-1)、與第一高反鏡(7-1)出射光對準的第三偏振分束棱鏡(4-3)、與第三偏振分束棱鏡(4-3)出射光對準的第四半波片(3-4)；第三偏振分束棱鏡(4-3)遠離第四半波片(3-4)的一側設有照明光源(8)；

沿驅動光路方向，依次包括：驅動激光源、與驅動激光源的空間光耦合的第二單模光纖(1-2)、與第二單模光纖(1-2)連接的第二光纖耦合器(2-2)、調制驅動光源的電光調制器(19)、與電光調制器(19)對準的第二半波片(3-2)、與第二半波片(3-2)出射光對準的第二偏振分束棱鏡(4-2)、與第二偏振分束棱鏡(4-2)出射光對準的第三透鏡(5-3)、與第三透鏡(5-3)中心對準的第二精密針孔(6-2)、與第二精密針孔(6-2)中心對準的第四透鏡(5-4)、對第四透鏡(5-4)的出射光進行反射的第二高反鏡(7-2)；

匯聚光路包括將第四半波片(3-4)出射的探測光路與第二高反鏡(7-2)反射的驅動光路匯聚的二向色鏡(9)、與二向色鏡(9)出射光對準的第四偏振分束棱鏡(4-4)、與第四偏振分束棱鏡(4-4)出射光對準的四分之一波片(10)、與四分之一波片(10)中心對準的物鏡(11)、與物鏡(11)中心對準的石墨烯機械振子(12)、控制石墨烯機械振子(12)移動的納米電動位移臺(13)；

反射光路包括與第四偏振分束棱鏡(4-4)出射光對準的分束器(14)、與分束器(14)一部分出射光對準的CCD相機(15)、與分束器(14)另一部分出射光對準的第三高反鏡(7-3)、與第三高反鏡(7-3)出射光對準的透鏡(5-5)、與透鏡(5-5)中心對準的濾波片(16)、與濾波片(16)對準的光電探測器(17)、與光電探測器(17)電性連接的鎖相放大器(18)。

2.根據權利要求1所述的石墨烯機械振子高溫傳感器，其特征在于：石墨烯機械振子的石墨烯與預先圖案化的襯底構成干涉光學諧振腔，驅動光路的激光光強經電光調制器(19)調制為正弦光強，將鎖相放大器產生的微波驅動信號輻射到石墨烯機械振子(12)表面進行共振驅動；探測光路的激光入射石墨烯機械振子(12)，其反射光強隨光學諧振腔深度變化而變化，受到石墨烯機械振動模式的調制，該反射光強信號經光電探測器(17)轉換為電信號，通過鎖相放大器(18)將石墨烯機械振子的諧振模式提取出來。

3.根據權利要求1所述的石墨烯機械振子高溫傳感器，其特征在于：第三半波片(3-3)和第一高反鏡(7-1)之間夾角為45度且中心對準；第四透鏡(5-4)和第二高反鏡(7-2)之間夾角為45度且中心對準。

4.根據權利要求1所述的石墨烯機械振子高溫傳感器，其特征在于：石墨烯機械振子(12)，包括預先圖案化的襯底，所述預先圖案化的襯底是由微納加工工藝所制備，通過光刻、電子束曝光、等離子體刻蝕、蒸發鍍膜制備的具有微電極結構的硅襯底；所述石墨烯是由機械剝離塊狀石墨得到，通過二維材料轉移使其懸浮于襯底之上，預先圖案化的襯底與石墨烯構成干涉光學諧振腔。

5.根據權利要求1所述的基于石墨烯機械振子高溫傳感器，其特征在于：第一單模光纖(1-1)為633nm波長的單模光纖，第二單模光纖(1-2)為795nm波長的單模光纖。

6.根據權利要求1所述的基于石墨烯機械振子高溫傳感器，其特征在于：納米電動位移臺(13)是個三軸位移臺，沿空間三維方向移動，初始時通過位移臺的移動使物鏡(11)中心和石墨烯機械振子(12)中心對準。