CN116499505B - 一种基于回音壁谐振腔的精密传感测量系统 - Google Patents

一种基于回音壁谐振腔的精密传感测量系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及光学传感测量领域，具体是一种基于回音壁谐振腔的精密传感测量系统，其包括可调谐激光器、偏振控制器、第一聚焦镜、耦合棱镜、回音壁谐振腔、第二聚焦镜、光电探测器、示波器、带通滤波器、计算机，其中，可调谐激光器的出射端依次通过偏振控制器、第一聚焦镜与耦合棱镜的入射面连接，耦合棱镜的耦合面与回音壁谐振腔耦合，且耦合棱镜和回音壁谐振腔共同组成敏感单元，耦合棱镜的出射面通过第二聚焦镜与光电探测器的入射端连接，其有效解决了现有基于回音壁谐振腔的传感测量系统测量结果不准确、测量精度较低的问题，适用于各种信号（加速度、声音、振动、压力）的传感测量。

Description

一种基于回音壁谐振腔的精密传感测量系统
技术领域
本发明涉及光学传感测量领域，具体是一种基于回音壁谐振腔的精密传感测量系统。
背景技术
目前，基于回音壁谐振腔的传感测量系统按照传感机理主要分为两类：第一类传感测量系统是依据谐振谱线的频率漂移来实现传感测量。此类传感测量系统存在的问题是：在测量过程中，当环境温度波动或系统不稳定时，测量结果会受到严重影响，导致测量结果不准确。第二类传感测量系统是依据谐振谱线的共振模态分裂来实现传感测量。此类传感测量系统存在的问题是：在测量过程中，测量精度会受到谐振腔品质因数的限制，导致测量精度较低。基于此，有必要发明一种基于回音壁谐振腔的精密传感测量系统，以解决现有基于回音壁谐振腔的传感测量系统测量结果不准确、测量精度较低的问题。
发明内容
本发明为了解决现有基于回音壁谐振腔的传感测量系统测量结果不准确、测量精度较低的问题，提供了一种基于回音壁谐振腔的精密传感测量系统。
本发明是采用如下技术方案实现的：
一种基于回音壁谐振腔的精密传感测量系统，包括可调谐激光器、偏振控制器、第一聚焦镜、耦合棱镜、回音壁谐振腔、第二聚焦镜、光电探测器、示波器、带通滤波器、计算机；
其中，可调谐激光器的出射端依次通过偏振控制器、第一聚焦镜与耦合棱镜的入射面连接；耦合棱镜的耦合面与回音壁谐振腔耦合，且耦合棱镜和回音壁谐振腔共同组成敏感单元；耦合棱镜的出射面通过第二聚焦镜与光电探测器的入射端连接；光电探测器的信号输出端分别与示波器的信号输入端、带通滤波器的信号输入端连接；带通滤波器的信号输出端与计算机的信号输入端连接。
还包括基座、铜柱、MEMS加速度计、PZT压电芯片、信号发生器、频谱仪；铜柱、MEMS加速度计、PZT压电芯片均固定于基座上；回音壁谐振腔固定于铜柱上；信号发生器的信号输出端与PZT压电芯片的信号输入端连接；频谱仪的信号输入端与光电探测器的信号输出端连接。
耦合棱镜的折射率大于回音壁谐振腔的折射率。
耦合棱镜可替换为光纤锥或波导或斜角抛光光纤。
回音壁谐振腔采用微球腔或柱形腔或环形腔或晶体腔。
耦合棱镜的耦合面与回音壁谐振腔为临界耦合或欠耦合；耦合棱镜的耦合面与回音壁谐振腔的耦合距离满足以下公式：
；
式中：表示耦合棱镜的耦合面与回音壁谐振腔的耦合距离；表示激光在真空 中的波长；表示回音壁谐振腔的折射率；表示空气的折射率；表示激光进入耦合棱镜 时的入射角。
一种基于回音壁谐振腔的加速度测量方法（该方法是基于本发明所述的一种基于回音壁谐振腔的精密传感测量系统实现的），该方法是采用如下步骤实现的：
首先，控制精密传感测量系统进入工作模式；工作模式具体为：可调谐激光器发出1550nm波段的激光；激光先依次经偏振控制器、第一聚焦镜进入耦合棱镜，再通过倏逝场耦合进入回音壁谐振腔内形成谐振，然后从回音壁谐振腔返回耦合棱镜后经第二聚焦镜入射到光电探测器，而后经光电探测器转换为电信号；电信号一方面传输至示波器，并经示波器转换为谐振谱线，另一方面传输至带通滤波器，并经带通滤波器转换为谐振谱线的电压幅值；谐振谱线的电压幅值传输至计算机；
在工作模式下，当加速度信号作用于回音壁谐振腔时，耦合棱镜的耦合面与回音壁谐振腔的耦合距离发生变化，使得耦合进入回音壁谐振腔的光强发生变化，由此使得谐振谱线的电压幅值发生变化；计算机实时监测谐振谱线的电压幅值变化量，并将谐振谱线的电压幅值变化量代入精密传感测量系统的加速度测量方程，由此计算出加速度；所述精密传感测量系统的加速度测量方程表示如下：
；
式中：表示谐振谱线的电压幅值变化量；表示回音壁谐振腔的机械位移灵敏 度系数，其单位为，其大小由回音壁谐振腔的质量和敏感单元的阻尼系数共同决 定；表示谐振谱线受耦合损耗影响的变化率；表示耦合距离对耦合损耗的影响； 表示加速度；、、均为已知量。
该方法还包括利用MEMS加速度计、PZT压电芯片、信号发生器来判断精密传感测量系统的性能指标是否符合要求；具体步骤如下：
首先，控制精密传感测量系统进入工作模式；
在工作模式下，信号发生器输出正弦波信号，正弦波信号传输至PZT压电芯片，并经PZT压电芯片转换为加速度信号；加速度信号一方面作用于回音壁谐振腔，使得谐振谱线的电压幅值发生变化，另一方面作用于MEMS加速度计；计算机实时监测谐振谱线的电压幅值变化量；MEMS加速度计实时监测加速度；
然后，一方面根据谐振谱线的电压幅值变化量和加速度计算出精密传感测量系统的灵敏度测试值，另一方面根据理论计算出精密传感测量系统的灵敏度标准值；具体计算公式如下：
；
；
式中：表示精密传感测量系统的灵敏度测试值；表示谐振谱线的电压幅值 变化量；表示加速度；表示精密传感测量系统的灵敏度标准值；表示回音壁谐振腔的 机械位移灵敏度系数，其单位为，其大小由回音壁谐振腔的质量和敏感单元的阻 尼系数共同决定；表示谐振谱线受耦合损耗影响的变化率；表示耦合距离对耦合 损耗的影响；、、均为已知量；
然后，将精密传感测量系统的灵敏度测试值与精密传感测量系统的灵敏度标准值进行比较，并根据比较结果来判断精密传感测量系统的性能指标是否符合要求；若精密传感测量系统的灵敏度测试值与精密传感测量系统的灵敏度标准值吻合，则表明精密传感测量系统的性能指标符合要求；若精密传感测量系统的灵敏度测试值与精密传感测量系统的灵敏度标准值不吻合，则表明精密传感测量系统的性能指标不符合要求。
该方法还包括利用PZT压电芯片、信号发生器、频谱仪来确定精密传感测量系统的频率响应范围；具体步骤如下：
首先，控制精密传感测量系统进入工作模式；
在工作模式下，电信号传输至频谱仪，并经频谱仪转换为频谱；信号发生器输出正弦波信号，正弦波信号传输至PZT压电芯片，并经PZT压电芯片转换为加速度信号；加速度信号作用于回音壁谐振腔；
然后，通过观察频谱来判断精密传感测量系统能否响应当前频率的加速度信号；若频谱出现了明显峰值，则表明精密传感测量系统能够响应当前频率的加速度信号；若频谱未出现明显峰值，则表明精密传感测量系统无法响应当前频率的加速度信号；
然后，改变正弦波信号的频率，使得加速度信号的频率发生改变，并重复执行上一步骤；以此类推，即可得出精密传感测量系统的最高响应频率和最低响应频率，由此确定精密传感测量系统的频率响应范围。
与现有基于回音壁谐振腔的传感测量系统相比，本发明所述的一种基于回音壁谐振腔的精密传感测量系统通过采用全新的传感机理，具备了如下优点：其一，与第一类传感测量系统相比，本发明不再依据谐振谱线的频率漂移来实现传感测量，而是依据谐振谱线的电压幅值变化量来实现传感测量，由此有效消除了环境温度波动和系统不稳定对测量结果的影响，从而有效提高了测量结果的准确性。其二，与第二类传感测量系统相比，本发明不再依据谐振谱线的共振模态分裂来实现传感测量，而是依据谐振谱线的电压幅值变化量来实现传感测量，由此有效消除了谐振腔品质因数对测量精度的限制，从而有效提高了测量精度。
本发明有效解决了现有基于回音壁谐振腔的传感测量系统测量结果不准确、测量精度较低的问题，适用于各种信号（加速度、声音、振动、压力）的传感测量。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的部分结构示意图。
图3是图2的仰视图。
图中：1-可调谐激光器，2-偏振控制器，3-第一聚焦镜，4-耦合棱镜，5-回音壁谐振腔，6-第二聚焦镜，7-光电探测器，8-示波器，9-带通滤波器，10-计算机，11-基座，12-铜柱，13-MEMS加速度计，14-PZT压电芯片，15-信号发生器，16-频谱仪。
具体实施方式
一种基于回音壁谐振腔的精密传感测量系统，包括可调谐激光器1、偏振控制器2、第一聚焦镜3、耦合棱镜4、回音壁谐振腔5、第二聚焦镜6、光电探测器7、示波器8、带通滤波器9、计算机10；
其中，可调谐激光器1的出射端依次通过偏振控制器2、第一聚焦镜3与耦合棱镜4的入射面连接；耦合棱镜4的耦合面与回音壁谐振腔5耦合，且耦合棱镜4和回音壁谐振腔5共同组成敏感单元；耦合棱镜4的出射面通过第二聚焦镜6与光电探测器7的入射端连接；光电探测器7的信号输出端分别与示波器8的信号输入端、带通滤波器9的信号输入端连接；带通滤波器9的信号输出端与计算机10的信号输入端连接。
还包括基座11、铜柱12、MEMS加速度计13、PZT压电芯片14、信号发生器15、频谱仪16；铜柱12、MEMS加速度计13、PZT压电芯片14均固定于基座11上；回音壁谐振腔5固定于铜柱12上；信号发生器15的信号输出端与PZT压电芯片14的信号输入端连接；频谱仪16的信号输入端与光电探测器7的信号输出端连接。
耦合棱镜4的折射率大于回音壁谐振腔5的折射率。
耦合棱镜4可替换为光纤锥或波导或斜角抛光光纤。
回音壁谐振腔5采用微球腔或柱形腔或环形腔或晶体腔。
耦合棱镜4的耦合面与回音壁谐振腔5为临界耦合或欠耦合；耦合棱镜4的耦合面与回音壁谐振腔5的耦合距离满足以下公式：
；
式中：表示耦合棱镜4的耦合面与回音壁谐振腔5的耦合距离；表示激光在真 空中的波长；表示回音壁谐振腔5的折射率；表示空气的折射率；表示激光进入耦合 棱镜4时的入射角。
一种基于回音壁谐振腔的加速度测量方法（该方法是基于本发明所述的一种基于回音壁谐振腔的精密传感测量系统实现的），该方法是采用如下步骤实现的：
首先，控制精密传感测量系统进入工作模式；工作模式具体为：可调谐激光器1发出1550nm波段的激光；激光先依次经偏振控制器2、第一聚焦镜3进入耦合棱镜4，再通过倏逝场耦合进入回音壁谐振腔5内形成谐振，然后从回音壁谐振腔5返回耦合棱镜4后经第二聚焦镜6入射到光电探测器7，而后经光电探测器7转换为电信号；电信号一方面传输至示波器8，并经示波器8转换为谐振谱线，另一方面传输至带通滤波器9，并经带通滤波器9转换为谐振谱线的电压幅值；谐振谱线的电压幅值传输至计算机10；
在工作模式下，当加速度信号作用于回音壁谐振腔5时，耦合棱镜4的耦合面与回音壁谐振腔5的耦合距离发生变化，使得耦合进入回音壁谐振腔5的光强发生变化，由此使得谐振谱线的电压幅值发生变化；计算机10实时监测谐振谱线的电压幅值变化量，并将谐振谱线的电压幅值变化量代入精密传感测量系统的加速度测量方程，由此计算出加速度；所述精密传感测量系统的加速度测量方程表示如下：
；
式中：表示谐振谱线的电压幅值变化量；表示回音壁谐振腔5的机械位移灵 敏度系数，其单位为，其大小由回音壁谐振腔5的质量和敏感单元的阻尼系数共 同决定；表示谐振谱线受耦合损耗影响的变化率；表示耦合距离对耦合损耗的影 响；表示加速度；、、均为已知量。
该方法还包括利用MEMS加速度计13、PZT压电芯片14、信号发生器15来判断精密传感测量系统的性能指标是否符合要求；具体步骤如下：
首先，控制精密传感测量系统进入工作模式；
在工作模式下，信号发生器15输出正弦波信号，正弦波信号传输至PZT压电芯片14，并经PZT压电芯片14转换为加速度信号；加速度信号一方面作用于回音壁谐振腔5，使得谐振谱线的电压幅值发生变化，另一方面作用于MEMS加速度计13；计算机10实时监测谐振谱线的电压幅值变化量；MEMS加速度计13实时监测加速度；
然后，一方面根据谐振谱线的电压幅值变化量和加速度计算出精密传感测量系统的灵敏度测试值，另一方面根据理论计算出精密传感测量系统的灵敏度标准值；具体计算公式如下：
；
；
式中：表示精密传感测量系统的灵敏度测试值；表示谐振谱线的电压幅值 变化量；表示加速度；表示精密传感测量系统的灵敏度标准值；表示回音壁谐振腔5 的机械位移灵敏度系数，其单位为，其大小由回音壁谐振腔5的质量和敏感单元 的阻尼系数共同决定；表示谐振谱线受耦合损耗影响的变化率；表示耦合距离对 耦合损耗的影响；、、均为已知量；
然后，将精密传感测量系统的灵敏度测试值与精密传感测量系统的灵敏度标准值进行比较，并根据比较结果来判断精密传感测量系统的性能指标是否符合要求；若精密传感测量系统的灵敏度测试值与精密传感测量系统的灵敏度标准值吻合，则表明精密传感测量系统的性能指标符合要求；若精密传感测量系统的灵敏度测试值与精密传感测量系统的灵敏度标准值不吻合，则表明精密传感测量系统的性能指标不符合要求。
该方法还包括利用PZT压电芯片14、信号发生器15、频谱仪16来确定精密传感测量系统的频率响应范围；具体步骤如下：
首先，控制精密传感测量系统进入工作模式；
在工作模式下，电信号传输至频谱仪16，并经频谱仪16转换为频谱；信号发生器15输出正弦波信号，正弦波信号传输至PZT压电芯片14，并经PZT压电芯片14转换为加速度信号；加速度信号作用于回音壁谐振腔5；
然后，通过观察频谱来判断精密传感测量系统能否响应当前频率的加速度信号；若频谱出现了明显峰值，则表明精密传感测量系统能够响应当前频率的加速度信号；若频谱未出现明显峰值，则表明精密传感测量系统无法响应当前频率的加速度信号；
然后，改变正弦波信号的频率，使得加速度信号的频率发生改变，并重复执行上一步骤；以此类推，即可得出精密传感测量系统的最高响应频率和最低响应频率，由此确定精密传感测量系统的频率响应范围。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式作出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于回音壁谐振腔的精密传感测量系统，其特征在于：包括可调谐激光器(1)、偏振控制器(2)、第一聚焦镜(3)、耦合棱镜(4)、回音壁谐振腔(5)、第二聚焦镜(6)、光电探测器(7)、示波器(8)、带通滤波器(9)、计算机(10)；
其中，可调谐激光器(1)的出射端依次通过偏振控制器(2)、第一聚焦镜(3)与耦合棱镜(4)的入射面连接；耦合棱镜(4)的耦合面与回音壁谐振腔(5)耦合，且耦合棱镜(4)和回音壁谐振腔(5)共同组成敏感单元；耦合棱镜(4)的出射面通过第二聚焦镜(6)与光电探测器(7)的入射端连接；光电探测器(7)的信号输出端分别与示波器(8)的信号输入端、带通滤波器(9)的信号输入端连接；带通滤波器(9)的信号输出端与计算机(10)的信号输入端连接；
该系统的具体工作过程如下：
首先，控制精密传感测量系统进入工作模式；工作模式具体为：可调谐激光器(1)发出1550nm波段的激光；激光先依次经偏振控制器(2)、第一聚焦镜(3)进入耦合棱镜(4)，再通过倏逝场耦合进入回音壁谐振腔(5)内形成谐振，然后从回音壁谐振腔(5)返回耦合棱镜(4)后经第二聚焦镜(6)入射到光电探测器(7)，而后经光电探测器(7)转换为电信号；电信号一方面传输至示波器(8)，并经示波器(8)转换为谐振谱线，另一方面传输至带通滤波器(9)，并经带通滤波器(9)转换为谐振谱线的电压幅值；谐振谱线的电压幅值传输至计算机(10)；
在工作模式下，当加速度信号作用于回音壁谐振腔(5)时，耦合棱镜(4)的耦合面与回音壁谐振腔(5)的耦合距离发生变化，使得耦合进入回音壁谐振腔(5)的光强发生变化，由此使得谐振谱线的电压幅值发生变化；计算机(10)实时监测谐振谱线的电压幅值变化量，并将谐振谱线的电压幅值变化量代入精密传感测量系统的加速度测量方程，由此计算出加速度；所述精密传感测量系统的加速度测量方程表示如下：
式中：ΔV表示谐振谱线的电压幅值变化量；β表示回音壁谐振腔(5)的机械位移灵敏度系数，其单位为m/(m/s2)，其大小由回音壁谐振腔(5)的质量和敏感单元的阻尼系数共同决定；表示谐振谱线受耦合损耗影响的变化率；/>表示耦合距离对耦合损耗的影响；a表示加速度；β、/>均为已知量。
2.根据权利要求1所述的一种基于回音壁谐振腔的精密传感测量系统，其特征在于：还包括基座(11)、铜柱(12)、MEMS加速度计(13)、PZT压电芯片(14)、信号发生器(15)、频谱仪(16)；铜柱(12)、MEMS加速度计(13)、PZT压电芯片(14)均固定于基座(11)上；回音壁谐振腔(5)固定于铜柱(12)上；信号发生器(15)的信号输出端与PZT压电芯片(14)的信号输入端连接；频谱仪(16)的信号输入端与光电探测器(7)的信号输出端连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于回音壁谐振腔的精密传感测量系统，其特征在于：耦合棱镜(4)的折射率大于回音壁谐振腔(5)的折射率。
4.根据权利要求1所述的一种基于回音壁谐振腔的精密传感测量系统，其特征在于：耦合棱镜(4)可替换为光纤锥或波导或斜角抛光光纤。
5.根据权利要求1所述的一种基于回音壁谐振腔的精密传感测量系统，其特征在于：回音壁谐振腔(5)采用微球腔或柱形腔或环形腔或晶体腔。
6.根据权利要求1所述的一种基于回音壁谐振腔的精密传感测量系统，其特征在于：耦合棱镜(4)的耦合面与回音壁谐振腔(5)为临界耦合或欠耦合；耦合棱镜(4)的耦合面与回音壁谐振腔(5)的耦合距离满足以下公式：
式中：d表示耦合棱镜(4)的耦合面与回音壁谐振腔(5)的耦合距离；λ表示激光在真空中的波长；n1表示回音壁谐振腔(5)的折射率；n2表示空气的折射率；θ表示激光进入耦合棱镜(4)时的入射角。
7.根据权利要求1所述的一种基于回音壁谐振腔的精密传感测量系统，其特征在于：还包括利用MEMS加速度计(13)、PZT压电芯片(14)、信号发生器(15)来判断精密传感测量系统的性能指标是否符合要求；具体步骤如下：
首先，控制精密传感测量系统进入工作模式；
在工作模式下，信号发生器(15)输出正弦波信号，正弦波信号传输至PZT压电芯片(14)，并经PZT压电芯片(14)转换为加速度信号；加速度信号一方面作用于回音壁谐振腔(5)，使得谐振谱线的电压幅值发生变化，另一方面作用于MEMS加速度计(13)；计算机(10)实时监测谐振谱线的电压幅值变化量；MEMS加速度计(13)实时监测加速度；
然后，一方面根据谐振谱线的电压幅值变化量和加速度计算出精密传感测量系统的灵敏度测试值，另一方面根据理论计算出精密传感测量系统的灵敏度标准值；具体计算公式如下：
式中：S0表示精密传感测量系统的灵敏度测试值；ΔV表示谐振谱线的电压幅值变化量；a表示加速度；S表示精密传感测量系统的灵敏度标准值；β表示回音壁谐振腔(5)的机械位移灵敏度系数，其单位为m/(m/s2)，其大小由回音壁谐振腔(5)的质量和敏感单元的阻尼系数共同决定；表示谐振谱线受耦合损耗影响的变化率；/>表示耦合距离对耦合损耗的影响；β、/> 均为已知量；
然后，将精密传感测量系统的灵敏度测试值与精密传感测量系统的灵敏度标准值进行比较，并根据比较结果来判断精密传感测量系统的性能指标是否符合要求；若精密传感测量系统的灵敏度测试值与精密传感测量系统的灵敏度标准值吻合，则表明精密传感测量系统的性能指标符合要求；若精密传感测量系统的灵敏度测试值与精密传感测量系统的灵敏度标准值不吻合，则表明精密传感测量系统的性能指标不符合要求。
8.根据权利要求1所述的一种基于回音壁谐振腔的精密传感测量系统，其特征在于：还包括利用PZT压电芯片(14)、信号发生器(15)、频谱仪(16)来确定精密传感测量系统的频率响应范围；具体步骤如下：
首先，控制精密传感测量系统进入工作模式；
在工作模式下，电信号传输至频谱仪(16)，并经频谱仪(16)转换为频谱；信号发生器(15)输出正弦波信号，正弦波信号传输至PZT压电芯片(14)，并经PZT压电芯片(14)转换为加速度信号；加速度信号作用于回音壁谐振腔(5)；
然后，通过观察频谱来判断精密传感测量系统能否响应当前频率的加速度信号；若频谱出现了明显峰值，则表明精密传感测量系统能够响应当前频率的加速度信号；若频谱未出现明显峰值，则表明精密传感测量系统无法响应当前频率的加速度信号；
然后，改变正弦波信号的频率，使得加速度信号的频率发生改变，并重复执行上一步骤；以此类推，即可得出精密传感测量系统的最高响应频率和最低响应频率，由此确定精密传感测量系统的频率响应范围。
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4199990A (en) * 1977-07-01 1980-04-29 Thomson-Csf Elastic surface wave accelerometer
US4422331A (en) * 1982-04-02 1983-12-27 Walker Clifford G Phase modulator laser accelerometer
CN109193325A (zh) * 2018-09-11 2019-01-11 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种光学谐振腔中的模式劈裂识别系统
CN111579816A (zh) * 2020-05-14 2020-08-25 天津大学 基于光电振荡器的加速度测量仪器
CN112350141A (zh) * 2020-11-02 2021-02-09 中北大学 一种基于超表面结构棱镜的光学谐振腔耦合装置
CN114414033A (zh) * 2022-01-15 2022-04-29 中北大学 一种基于CaF2晶体谐振腔的高灵敏度声传感器及测量方法
CN217877738U (zh) * 2021-03-17 2022-11-22 广东工业大学 基于光纤耦合诱导透明的传感结构和传感装置
CN115792277A (zh) * 2023-02-07 2023-03-14 中北大学 基于CaF2晶体谐振腔的高灵敏度加速度传感器及测量方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6668111B2 (en) * 2001-06-28 2003-12-23 The Charles Stark Draper Laboratory Optical microcavity resonator sensor
US8026714B2 (en) * 2008-03-06 2011-09-27 Symphony Acoustics, Inc. Accelerometer with enhanced DC stability
US8976822B2 (en) * 2012-03-27 2015-03-10 Oewaves, Inc. Tunable opto-electronic oscillator having optical resonator filter operating at selected modulation sideband

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4199990A (en) * 1977-07-01 1980-04-29 Thomson-Csf Elastic surface wave accelerometer
US4422331A (en) * 1982-04-02 1983-12-27 Walker Clifford G Phase modulator laser accelerometer
CN109193325A (zh) * 2018-09-11 2019-01-11 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种光学谐振腔中的模式劈裂识别系统
CN111579816A (zh) * 2020-05-14 2020-08-25 天津大学 基于光电振荡器的加速度测量仪器
CN112350141A (zh) * 2020-11-02 2021-02-09 中北大学 一种基于超表面结构棱镜的光学谐振腔耦合装置
CN217877738U (zh) * 2021-03-17 2022-11-22 广东工业大学 基于光纤耦合诱导透明的传感结构和传感装置
CN114414033A (zh) * 2022-01-15 2022-04-29 中北大学 一种基于CaF2晶体谐振腔的高灵敏度声传感器及测量方法
CN115792277A (zh) * 2023-02-07 2023-03-14 中北大学 基于CaF2晶体谐振腔的高灵敏度加速度传感器及测量方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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基于MEMS的平面环形微腔与锥形光纤耦合系统基础研究;王少辉;CNKI优秀硕士学位论文全文库;第2009卷(第11期);全文 *

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