CN113098427B - 一种基于mems谐振器耦合振子的声子频率梳生成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于MEMS谐振器耦合振子的声子频率梳生成方法，通过增加两个梁的耦合电压使得两个静电耦合的梁发生耦合，当低频谐振梁振幅为6.5～7mV时，将出现内共振现象，此时以内共振频率频率的三倍定频激励高频谐振梁，而在以内共振频率为中心1～40Hz的范围内定频激励低频谐振梁，低频谐振梁的频率响应将呈现等间距的谱线，本发明摆脱了产生声子频率梳时MEMS谐振器中需存在多个强耦合模态的限制，降低了产生频率梳的条件。同时，梳状区域的带宽由激励强度和耦合强度调节。通过改变低频谐振梁或高频谐振梁的激励频率梳，实现任意间距的声子频率梳，具有很强的灵活性。其次，声子频率梳声学频率梳的多频特性具有大幅度提升声学测距、成像以及无线通讯器件性能的潜力。
Description
技术领域
本发明属于微机械系统及非线性动力学技术领域，具体涉及一种基于MEMS谐振器耦合振子的声子频率梳生成方法。
背景技术
光学频率梳被定义为由一系列离散的、等间隔的频率成分组成的宽带光谱，其在频域上表现为具有相等频率间隔的光学频率序列，在时域上表现为飞秒量级时间宽度的电磁场振荡包络序列。光频梳是迄今为止最有效的绝对光学频率测量的工具，其研究已经获得了2005年的诺贝尔物理学奖，堪称世纪之交的一项重大发明。光学频率梳可以通过多种方式产生，包括利用锁模激光以及光学谐振器等，并且已经被成功地应用于精密光谱测量、光学原子钟以及通讯等领域中。正如刻度尺可以测量长度，精密的频率梳可以实现各类频段的频率测量。光学频率梳主要聚焦于电磁波频段，当面向声波、超声波、机械波和热波等机械波形式的频段时，声学频率梳应运而生。
相比于光频梳，声频梳的研究就要滞后很多，正如光学频率梳在光谱学和光频测量方面的广泛应用，声学频率梳的多频特性具有大幅度提升声学测距、成像以及无线通讯器件性能的潜力。由于MEMS谐振器在标称驱动功率水平下也能表现出强大的模态耦合、并且可通过电学、光学等多方法进行表征，使其成为产生和研究声子频率梳的理想平台。但是以往在MEMS谐振器中产生频率梳，需要谐振器可以承受大的驱动振幅以及存在多个强耦合的模态。同时，在谐振器加工完成后，由于结构参数无法改变，诸如耦合强度等关键系统参数难以再进行灵活调节。严格的条件限制和有限的调节灵活性，严重限制了声子频率梳的应用的潜力，使得对声子频率梳的应用仍处于实验室阶段。因此，提出一种更加简便声子频率梳生成机制，以及灵活控制频率梳的梳齿间距和梳状区域的带宽的方法，具有非常重要的现实意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于MEMS谐振器耦合振子的声子频率梳生成方法，通过两个静电耦合的振子产生频率梳，并且通过外部电压调节两振子的耦合强度以及谐振频率，摆脱以往在MEMS谐振器中产生频率梳时，需要谐振器可以承受大的驱动振幅以及存在多个强耦合的模态的限制，降低了产生频率梳的条件。同时通过改变激励频率，理论上可以实现任意梳齿间距的频率梳，技术具有很强的灵活性。此外，激励幅值、耦合强度可以增加梳状区域的带宽，解决了以往产生声子频率梳的器件不具备带宽可调的特性，为声子率梳在声学测距、成像以及无线通讯等领域的应用奠定基础。
本发明采用以下技术方案：
一种基于MEMS谐振器耦合振子的声子频率梳生成方法，包括以下步骤：
S1、利用低频耦合电极板和高频耦合电极板使低频谐振梁和高频谐振梁形成耦合，通过外部电压调节低频谐振梁和高频谐振梁的耦合强度以及谐振频率；在不同耦合强度下，对低频谐振梁进行扫频，标定内共振产生的频率；
S2、在步骤S1标定的内共振区内，定频激励低频谐振梁，并以三倍的内共振频率定频激励高频谐振梁，使得低频谐振梁的频率响应出现频率梳。
具体的，步骤S1中，低频谐振梁和高频谐振梁的频率比为1:3。
具体的，步骤S1中，对低频谐振梁和高频谐振梁的两端加载直流电压，通过静电耦合使低频谐振梁和高频谐振梁耦合；当低频谐振梁振幅为6.5～7mV时，通过扫频模块对低频谐振梁施加扫频激励，利用差分检测电路将输出信号传回扫频模块对两谐振梁的响应进行标定；当扫描频率扫过高频谐振梁谐振频率1/3处时，内共振频率记为fIR，此时高频谐振梁以3fIR振动。
具体的，步骤S2中，以ω3＝3fIR定频激励高频谐振梁，对低频谐振梁进行频率扫描，当|ω1-fIR|<40Hz，且ω1≠fIR时，停止扫频，并以ω1定频激励低频谐振梁，使用频谱分析模块读取低频谐振梁的频率响应，低频谐振梁的响应出现频率梳，频率梳的梳齿间距为|ω3-3ω1|。
具体的，步骤S1中，低频谐振梁和高频谐振梁为双端固支的单梁，低频谐振梁和高频谐振梁的长度为10～500μm，单根梁的宽度为1～10μm。
具体的，步骤S1中，低频耦合电极板和高频耦合电极板平行设置，低频耦合电极板位于低频谐振梁中部的一侧，低频谐振梁中部的另一侧对应设置有第一受激电极板，第一受激电极板的另一侧与低频谐振器激励模块连接；
高频耦合电极板位于高频谐振梁中部的一侧，高频谐振梁中部的另一侧对应设置有第二受激电极板，第二受激电极板的另一侧与高频谐振器激励模块连接。
进一步的，低频谐振梁的两端分别设置有第一固支锚点和第二固支锚点；低频谐振梁结构悬空于硅基器件上并由第一固支锚点第二固支锚点提供支撑，第一固支锚点和第二固支锚点与硅基底连接，第一固支锚点和第二固支锚点上均匀溅射有第一金属电极层和第二金属电极层；
低频谐振器激励模块包括低频谐振器激励电极板，低频谐振器激励电极板与低频谐振器激励锚点相连，为第一受激电极板提供激振力；低频谐振器激励锚点上溅射有第五金属电极层；
第一金属电极层、第二金属电极层和第五金属电极层的边长为80～250μm；
第一固支锚点、第二固支锚点和低频谐振器激励锚点均为边长100～300μm的正方形。
进一步的，高频谐振梁的两端分别连接第三固支锚点和第四固支锚点，第三固支锚点和第四固支锚点与硅基底连接，第三固支锚点和第四固支锚点上均匀溅射有第三金属电极层和第四金属电极层；
高频谐振器激励模块包括高频谐振器激励电极板，高频谐振器激励电极板与高频谐振器激励锚点相连，为第二受激电极板提供激振力；高频谐振器激励锚点上溅射有第六金属电极层；
第三金属电极层、第四金属电极层和第六金属电极层的边长为80～250μm；
第三固支锚点、第四固支锚点和高频谐振器激励锚点均与结构基底相连，第三固支锚点、第四固支锚点和高频谐振器激励锚点为边长100～300μm的正方形。
进一步的，第一受激电极板与低频谐振器激励模块的低频谐振器激励电极板之间，第二受激电极板与高频谐振器激励模块的高频谐振器激励电极之间，高频耦合电极板和低频耦合电极板之间均存在间隙并形成电容。
更进一步的，间隙的距离为1～10μm。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明一种基于MEMS谐振器耦合振子的声子频率梳生成方法，从原理上摆脱了产生声子频率梳时需要谐振器可以承受大的驱动振幅以及存在多个强耦合的模态的限制，降低了产生频率梳的条件。此外，激励幅值、耦合强度可以增加梳状区域的带宽，当增加高频谐振梁或低频谐振梁激励幅值时或是增加两谐振梁耦合强度时，梳状区域的带宽也相应增大，实现了频率梳带宽的灵活调节。解决了以往产生声子频率梳的器件不具备带宽可调的特性，为声子率梳在声学测距、成像以及无线通讯等领域的应用奠定基础。
进一步的，低频谐振梁和高频谐振梁的频率比为1:3，该频率比由静电耦合和非线性决定的，只有当两谐振梁频率比为1:3时才能发生耦合。
进一步的，通过外部电压可以调节通过两谐振梁的电流使两谐振梁接近1:3，还可以改变高频耦合电极板和低频耦合电极板之间的电势差使两谐振梁发生强耦合。
进一步的，频率梳的梳齿间距始终等于|ω3-3ω1|，因此改变两谐振梁的激励频率，理论上可以实现任意梳齿间距的频率梳，技术具有很强的灵活性。
进一步的，梁的长度和宽度决定其谐振频率，通过合理设置其长度和宽度，使高频谐振梁和低频谐振梁的频率比接近3:1。
进一步的，低频耦合电极板和高频耦合电极板平行设置，以保证在相同极板尺寸下，两极板组成的电容值更大，使高频谐振梁和低频谐振梁之间的相互作用更强。
进一步的，低频谐振器模块的固支锚点对悬空的低频谐振元件进行支撑，镂空结构保证低频谐振元件在激振力作用下能产生稳定振动。
进一步的，高频谐振器模块的固支锚点对悬空的高频谐振元件进行支撑，镂空结构保证高频谐振元件在激振力作用下能产生稳定振动。
进一步的，第一受激电极板与低频谐振器激励模块的低频谐振器激励电极板之间，第二受激电极板与高频谐振器激励模块的高频谐振器激励电极之间存在间隙构成激励可变电容。当可变电容的两侧存在交变的电压作用时，产生的交变静电力驱动低频谐振元件产生持续稳定的振动。高频耦合电极板和低频耦合电极板之间存在间隙构成耦合电容，通过调节两极板的电势差可以对静电耦合力的大小进行控制，使两个谐振器相互作用。
进一步的，激励电极板与谐振元件之间形成的可变电容的间隙大小决定了激振力和检测信号的强度，间隙的距离范围设置为1～10μm，可以保证激振力的大小足以使谐振元件达到稳定振动，对于高频谐振梁和低频谐振梁之间的耦合电容，1～10μm的间隙设置使两个梁可以稳定地传递相互作用。
综上所述，本发明通过两个静电耦合的振子产生频率梳，摆脱以往在MEMS谐振器中产生频率梳时，需要谐振器可以承受大的驱动振幅以及存在多个强耦合的模态的限制，降低了产生频率梳的条件，为声子率梳在声学测距、成像以及无线通讯等领域的应用奠定基础。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的器件图；
图2为本发明方案1标定的实验原理图；
图3为本发明方案2产生频率梳的实验原理图；
图4为本发明标定的实验结果图；
图5为本发明低频谐振梁1-1产生频率梳的实验结果图。
其中，1-1.低频谐振梁；1-2.第一固支锚点；1-3.第一金属电极层；1-4.第一受激电极板；1-5.第二固支锚点；1-6.第二金属电极层；1-7.低频耦合电极板；2-1.低频谐振器激励电极板；2-2.低频谐振器激励锚点；2-3.第五金属电极层；3-1.高频谐振梁；3-2.第三固支锚点；3-3.第三金属电极层；3-4.第二受激电极板；3-5.第四固支锚点；3-6.第四金属电极层；3-7.高频耦合电极板；4-1.高频谐振器激励电极板；4-2.高频谐振器激励锚点；4-3.第六金属电极层；5-1.锁相放大器；6-1.信号发生器；7-1.频谱分析仪。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
本发明提供了一种基于MEMS谐振器耦合振子的声子频率梳生成方法，通过增加两个梁的耦合电压使得两个静电耦合的梁发生耦合，当低频谐振梁振幅为6.5～7mV时，将出现内共振现象，此时以内共振频率频率的三倍定频激励高频谐振梁，而在以内共振频率为中心1～40Hz的频率范围内定频激励低频谐振梁，低频谐振梁的频率响应将呈现等间距的谱线，这是一种创新性的频率梳生成技术。该技术摆脱了产生声子频率梳时MEMS谐振器中需存在多个强耦合模态的限制，降低了产生频率梳的条件。同时，该种频率梳的梳齿间距由两个谐振梁的频率决定；梳状区域的带宽可由激励强度和耦合强度调节。通过改变低频谐振梁或高频谐振梁的激励频率梳，理论上可以实现任意间距的声子频率梳，技术具有很强的灵活性。其次，声子频率梳声学频率梳的多频特性具有大幅度提升声学测距、成像以及无线通讯器件性能的潜力；具有非常大的应用前景和研究价值。
请参阅图1，本发明一种基于MEMS谐振器耦合振子的声子频率梳生成方法，包括以下步骤：
S1、利用一对平行电极板将两频率比为1:3的双端固支梁连接形成耦合，通过外部电压调节两振子的耦合强度以及谐振频率；在不同耦合强度下，对低频谐振梁进行扫频，标定内共振产生的频率；
对低频谐振梁1-1和高频谐振梁3-1的两端加载直流电压，通过静电耦合使低频谐振梁1-1和高频谐振梁3-1耦合；
当低频谐振梁1-1振幅为6.5～7mV时，扫频模块对低频谐振梁1-1施加扫频激励，利用差分检测电路将输出信号传回锁相放大器对两谐振梁的响应进行标定；当扫描频率扫过高频谐振梁3-1谐振频率1/3附近时，由于内共振的出现，低频谐振梁1-1的响应急剧下降到0mV，内共振频率记为fIR，此时高频谐振梁3-1将会以3fIR振动。
S2、在步骤S1标定的内共振区内，定频激励低频谐振梁，并以三倍的内共振频率定频激励高频谐振梁，此时低频谐振梁的频率响应出现频率梳，当增加高频谐振梁3-1或低频谐振梁1-1的激励幅值时或增加高频谐振梁3-1或低频谐振梁1-1的耦合强度，梳状区域的带宽增大。
以ω3＝3fIR定频激励高频谐振梁3-1，对低频谐振梁1-1进行频率扫描，当|ω1-fIR|<40Hz，且ω1≠fIR时，停止扫频，并以ω1定频激励低频谐振梁1-1，利用频谱分析模块读取低频谐振梁1-1的频率响应，其响应将出现频率梳，频率梳的梳齿间距始终为|ω3-3ω1|。
MEMS谐振器结构包括低频谐振器模块、低频谐振器激励模块、高频谐振器模块和高频谐振器激励模块，低频谐振器模块与低频谐振器激励模块连接；高频谐振器模块与高频谐振器激励模块连接。
低频谐振器模块包括低频谐振梁1-1，第一固支锚点1-2，第一受激电极板1-4和第二固支锚点1-5；
第一固支锚点1-2和第二固支锚点1-5分别位于低频谐振梁1-1的两侧。第一固支锚点1-2和第二固支锚点1-5与硅基底连接，其上均匀溅射了第一金属电极层1-3和第二金属电极层1-6用于输入、输出电学信号。
低频谐振器激励模块包括低频谐振器激励电极2-1，低频谐振器激励锚点2-2和溅射在其上的第五金属电极层2-3。
低频谐振器激励电极板2-1与低频谐振器激励锚点2-2相连，为第一受激电极板1-4提供激振力。利用低频耦合电极板1-7与高频谐振梁3-1进行耦合。
高频谐振器模块包括高频谐振梁3-1，第三固支锚点3-2，第四固支锚点3-5和第二受激电极板3-4。
第三固支锚点3-2和第四固支锚点3-5分别位于高频谐振梁3-1的两侧；第三固支锚点3-2和第四固支锚点3-5与硅基底连接，其上均匀溅射了第三金属电极层3-3和第四金属电极层3-6用于输入、输出电学信号。
高频谐振器激励模块包括高频谐振器激励电极板4-1，高频谐振器激励锚点4-2和溅射在其上的第六金属电极层4-3。
高频谐振器激励电极板4-1与高频谐振器激励锚点4-2相连，为第二受激电极板3-4提供激振力；利用高频耦合电极板3-7与低频谐振梁进行耦合。
高频耦合电极板3-7和低频耦合电极板1-7使低频谐振梁1-1和高频谐振梁2-1产生耦合。
低频谐振器1-1、低频谐振器受激电极板1-4、低频谐振器激励电极板2-1、高频谐振器3-1、高频谐振器受激电极板3-4和高频谐振器激励电极板4-1下方均镂空，谐振梁结构悬空于硅基器件上并由第一固支锚点1-2、第二固支锚点1-5、第三固支锚点3-2、第四固支锚点3-5提供支撑。
请参阅图2和图3，扫频模块对低频谐振梁1-1施加扫频激励，扫频模块包括锁相放大器5-1；高频谐振梁激励模块对高频谐振梁3-1施加定频激励，高频谐振梁激励模块包括信号发生器6-1。
频谱分析模块读取低频谐振梁1-1的频率响应，频谱分析模块包括频谱分析仪7-1。
低频谐振梁1-1和高频谐振梁3-1是双端固支的单梁，低频谐振梁1-1和高频谐振梁3-1的长度为10～500μm，单根梁的宽度为1～10μm。
第一固支锚点1-2、第二固支锚点1-5、第三固支锚点3-2、第四固支锚点3-5、低频谐振器激励锚点2-2、高频谐振器激励锚点4-2均与结构基底相连，主体形状为正方形，边长为100～300μm。
第一金属电极层1-3、第二金属电极层1-6、第三金属电极层3-3、第四金属电极层3-6、第五金属电极层2-3、第六金属电极层4-3的边长为80～250μm。
第一受激电极板1-4与低频谐振器激励电极板2-1之间，第二受激电极板3-4与高频谐振器激励电极板4-1之间，高频耦合电极板3-7和低频耦合电极板1-7之间均存在间隙并形成电容，间隙的距离为1～10μm。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本施例中，对第五金属电极层2-3加载220mV Vac1和15V Vdc1，对第一金属电极层1-3和第二金属电极层1-6分别加载+15V和-15V的直流电压。保持第三金属电极层3-3和第四金属电极层3-6的电势差为10V，当两谐振梁耦合电压分别为1V，即第三金属电极层3-3和第四金属电极层3-6的电压分别为+6V、-4V；耦合电压为3V，即第三金属电极层3-3和第四金属电极层3-6的电压分别为+8V、-2V；耦合电压为5V，即第三金属电极层3-3和第四金属电极层3-6的电压分别为+10V、0V；耦合电压为7V，即第三金属电极层3-3和第四金属电极层3-6的电压分别为+12V、2V时，扫频模块对低频谐振梁1-1施加扫频激励，得到低频谐振梁1-1和高频谐振梁3-1的幅频响应如图4所示。低频谐振器表现出较强的Duffing非线性，随着耦合电压增大，内共振产生，低频谐振梁1-1频率的下跳位置逐渐减小，同时高频谐振梁3-1在407.490KHz处出现响应，且响应的幅值逐渐增大响应频率逐渐减小。最终低频谐振梁1-1频率的下跳频率为135.818KHz，高频谐振梁3-1的响应频率为407.456。
对第六金属电极层4-3加载500mV Vac3和6V Vdc3，并保持高频谐振梁3-1激励频率ω3＝407.456KHz。利用扫频模块对低频谐振梁1-1施加扫频激励，当扫频频率为135.803KHz时停止扫频，保持低频谐振梁1-1激励频率ω1＝135.803KHz，利用频谱分析仪7-1读取低频谐振梁1-1响应，其频谱出现频率梳，且梳齿间距为35Hz。改变低频谐振梁1-1激励频率ω1为135.807KHz，此时频率梳的梳齿间距为30Hz；改变低频谐振梁1-1激励频率ω1为135.811KHz，此时频率梳的梳齿间距为23Hz，如图5所示。
综上所述，本发明一种基于MEMS谐振器耦合振子的声子频率梳生成方法，通过两个静电耦合的振子来产生频率梳，并且通过外部电压调节两振子的耦合强度以及谐振频率，摆脱了以往在MEMS谐振器中产生频率梳时，需要谐振器承受大的驱动振幅以及存在多个强耦合的模态的限制，降低了产生频率梳的条件。且频率梳的梳齿间距始终等于|ω3-3ω1|，因此改变两谐振梁的激励频率，理论上可以实现任意梳齿间距的频率梳，技术具有很强的灵活性。
此外，激励幅值、耦合强度可以增加梳状区域的带宽，当增加高频谐振梁或低频谐振梁激励幅值时或是增加两谐振梁耦合强度时，梳状区域的带宽也相应增大，实现了频率梳带宽的灵活调节。该技术解决了以往产生声子频率梳的器件不具备带宽可调的特性，为声子率梳在声学测距、成像以及无线通讯等领域的应用奠定基础。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种基于MEMS谐振器耦合振子的声子频率梳生成方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、利用低频耦合电极板和高频耦合电极板使低频谐振梁和高频谐振梁形成耦合，通过外部电压调节低频谐振梁和高频谐振梁的耦合强度以及谐振频率；在不同耦合强度下，对低频谐振梁进行扫频，标定内共振产生的频率；对低频谐振梁和高频谐振梁的两端加载直流电压，通过静电耦合使低频谐振梁和高频谐振梁耦合；当低频谐振梁振幅为6.5~7mV时，通过扫频模块对低频谐振梁施加扫频激励，利用差分检测电路将输出信号传回扫频模块对两谐振梁的响应进行标定；当扫描频率扫过高频谐振梁谐振频率1/3处时，内共振频率记为，此时高频谐振梁以3/>振动；
S2、在步骤S1标定的内共振区内，定频激励低频谐振梁，并以三倍的内共振频率定频激励高频谐振梁，使得低频谐振梁的频率响应出现频率梳，以3/>定频激励高频谐振梁，对低频谐振梁进行频率扫描，当/>40Hz，且/>时，停止扫频，并以/>定频激励低频谐振梁，使用频谱分析模块读取低频谐振梁的频率响应，低频谐振梁的响应出现频率梳，频率梳的梳齿间距为/>；
低频耦合电极板和高频耦合电极板平行设置，低频耦合电极板位于低频谐振梁中部的一侧，低频谐振梁中部的另一侧对应设置有第一受激电极板，第一受激电极板的另一侧与低频谐振器激励模块连接；
高频耦合电极板位于高频谐振梁中部的一侧，高频谐振梁中部的另一侧对应设置有第二受激电极板，第二受激电极板的另一侧与高频谐振器激励模块连接；
低频谐振梁的两端分别设置有第一固支锚点和第二固支锚点；低频谐振梁结构悬空于硅基器件上并由第一固支锚点第二固支锚点提供支撑，第一固支锚点和第二固支锚点与硅基底连接，第一固支锚点和第二固支锚点上均匀溅射有第一金属电极层和第二金属电极层；
低频谐振器激励模块包括低频谐振器激励电极板，低频谐振器激励电极板与低频谐振器激励锚点相连，为第一受激电极板提供激振力；低频谐振器激励锚点上溅射有第五金属电极层；
第一金属电极层、第二金属电极层和第五金属电极层的边长为80~250μm；
第一固支锚点、第二固支锚点和低频谐振器激励锚点均为边长100~300μm的正方形；
高频谐振梁的两端分别连接第三固支锚点和第四固支锚点，第三固支锚点和第四固支锚点与硅基底连接，第三固支锚点和第四固支锚点上均匀溅射有第三金属电极层和第四金属电极层；
高频谐振器激励模块包括高频谐振器激励电极板，高频谐振器激励电极板与高频谐振器激励锚点相连，为第二受激电极板提供激振力；高频谐振器激励锚点上溅射有第六金属电极层；
第三金属电极层、第四金属电极层和第六金属电极层的边长为80~250μm；
第三固支锚点、第四固支锚点和高频谐振器激励锚点均与结构基底相连，第三固支锚点、第四固支锚点和高频谐振器激励锚点为边长100~300μm的正方形；
第一受激电极板与低频谐振器激励模块的低频谐振器激励电极板之间，第二受激电极板与高频谐振器激励模块的高频谐振器激励电极之间，高频耦合电极板和低频耦合电极板之间均存在间隙并形成电容。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，低频谐振梁和高频谐振梁的频率比为1:3。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，低频谐振梁和高频谐振梁为双端固支的单梁，低频谐振梁和高频谐振梁的长度为10~500μm，单根梁的宽度为1~10μm。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，高频耦合电极板和低频耦合电极板之间的间隙距离为1~10μm。
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