[發明專利]一種低溫強磁條件下檢測納米機械諧振器振動的裝置

在審

• 申請號: 202310548286.6
• 申請日: 2023-05-16
• 公開（公告）號: CN116429239A
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發明（設計）人: 盧恒;莫澤;陳風楠
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 楊欣怡

本發明公開了一種低溫強磁條件下檢測納米機械諧振器振動的裝置，用于在低溫強磁條件下實現納米機械諧振器的振動測量，包括籠式同軸探測光路、低溫恒溫器、超導磁體、低溫物鏡、兼容低溫強磁的三軸壓電位移臺、直流電壓源、射頻信號發生器、低溫同軸線、射頻柔性波導、頻譜分析儀、待測納米機械諧振器；納米機械諧振器的振動探測采用光學方法，其中探測光路采用籠式同軸光學結構，其具有體積小，調試方便以及性能穩定等優勢。

技術領域

本發明涉及納米機械領域，具體涉及一種低溫強磁條件下檢測納米機械諧振器振動的裝置。

背景技術

基于石墨烯和過渡金屬鹵族化物等二維薄膜材料的納米機械諧振器，由直徑數微米的腔體，以及通過干法轉移覆蓋于腔體之上的二維薄膜組成。因為這類納米機械諧振器中作為振子的二維薄膜材料具有極大的面內剛度以及極小的質量，極大的面內剛度使得二維薄膜材料的彎曲振動頻率處于數兆赫茲到數百兆赫茲的頻率范圍內，跨越了無線電頻譜范圍內的高頻(HF)至甚高頻(VHF)波段，而極小的質量使得納米機械諧振器可用于如質量、壓力和光學等領域的超靈敏檢測。同時石墨烯機械諧振器也是研究基礎納米力學問題的理想系統，如聲子模式相干操控、電子自由度與彎曲振動耦合等。納米機械諧振器的振動檢測指的是通過光學或者電學方法將其微弱的機械振動信號轉換為可被探測到的電信號。對于低溫強磁條件，由于外部安裝以及內部空間的限制，光學檢測方法中存在的問題包括：一、將外部圓偏振調制光引入到低溫恒溫器內部；二、在低溫恒溫內部對光束進行聚焦。本發明提出基于自由空間光學的籠式同軸結構來將光束引入到低溫恒溫器內部，避免了在其內部使用低溫光纖，在常溫環境下可實現光束的調節與對準，同時在低溫恒溫器內部同樣采用緊湊的籠式結構來固定低溫物鏡，使用壓電位移臺即可實現光束的聚焦。

發明內容

本發明目的：在于提供一種低溫強磁條件下檢測納米機械諧振器振動的裝置，用于在低溫強磁條件下實現對納米機械諧振器振動的測量。

為實現以上功能，本發明設計一種低溫強磁條件下檢測納米機械諧振器振動的裝置，包括籠式同軸探測光路、低溫恒溫器21、超導磁體14、低溫物鏡15、兼容低溫強磁的三軸壓電位移臺16、直流電壓源19、射頻信號發生器20、低溫同軸線18、射頻柔性波導17、頻譜分析儀13、待測納米機械諧振器22；

其中，籠式同軸探測光路與低溫恒溫器21相連接，籠式同軸探測光路將輸入的激光光束導入到低溫恒溫器21內，低溫恒溫器21為具有外殼的封閉的箱體結構，超導磁體14、低溫物鏡15、兼容低溫強磁的三軸壓電位移臺16、低溫同軸線18、射頻柔性波導17、待測納米機械諧振器22均位于低溫恒溫器21的內部；

低溫恒溫器21的內部還具有用于承載物體的冷盤，兼容低溫強磁的三軸壓電位移臺16倒置固定安裝于冷盤上，待測納米機械諧振器22安裝于兼容低溫強磁的三軸壓電位移臺16上，低溫物鏡15懸置安裝于距離待測納米機械諧振器22預設距離位置，且兼容低溫強磁的三軸壓電位移臺16、低溫物鏡15、待測納米機械諧振器22三者的中心軸共線；低溫物鏡15與低溫恒溫器21外部的籠式同軸探測光路相連接；

直流電壓源19和射頻信號發生器20分別與低溫同軸線18相連接，低溫同軸線18、射頻柔性波導17、待測納米機械諧振器22依次連接，將射頻信號發生器20的射頻信號傳輸到待測納米機械諧振器22上；超導磁體14安裝于低溫恒溫器21內部，用于在待測納米機械諧振器22周圍產生預設強度的磁場；頻譜分析儀13與籠式同軸探測光路相連接，用于采集并分析籠式同軸探測光路輸出的射頻信號。

作為本發明的一種優選技術方案：籠式同軸探測光路包括光電探測器12、光功率計11、CCD相機7、具有固定偏振方向的激光器1、中性密度濾光片2、半波片6、偏振分束立方9、四分之一波片10，以及第一反射鏡3-1、第二反射鏡3-2、第一光纖耦合器4-1、第二光纖耦合器4-2、第三光纖耦合器4-3、第四光纖耦合器4-4、第一保偏單模光纖5-1、第二保偏單模光纖5-2、第一分束立方8-1、第二分束立方8-2；

籠式同軸探測光路的結構分為并列的輸入光路、輸出光路，以及同時與輸入光路、輸出光路相連的公共光路；