[发明专利]用于检测声波的光学装置

说明书

本发明是一种用于检测朝向膜传播的声波的装置和方法，该膜承载包括光学腔的波导，所述光学腔限定谐振频率。在膜振动的作用下，光学腔的谐振频率发生变化。该装置包括用于将光波引导到光学腔中的光源，以及用于将光波的波长伺服控制到光学腔的谐振波长的伺服电路。监测光波的波长的变化允许估计声波的幅度。

技术领域

本发明的技术领域是使用光学谐振腔来检测声波。

背景技术

声波通常基于MEMS或NEMS机电谐振器(MEMS是微机电系统的首字母缩写，NEMS是纳机电系统的首字母缩写)的装置来检测。这种类型的换能器可以使用晶片级微制造工艺来制造。结果实现了适度的制造成本，使得这种换能器特别适用于日常部件。这些谐振器基于在暴露于声波的作用下振动的膜，该振动通过电转换来检测。这种转换可以通过压电材料或经由电容效应来实现。

然而，在某些应用中，通过光学转换来检测膜的振动是有利的。具体地，光学转换可以允许在不接触情况下的远程测量。这在不可能进行电转换的某些环境中(受到热或电磁性质的应力)特别合适。此外，光学转换适用于存在爆炸风险的环境。

基于光学转换的装置已经在出版物中进行了描述：

-Gallego D.“High-sensitivity ultrasound interferometric single-modepolymer optical fiber sensors for biomedical applications”，Opt Letter，第34卷，第12期，第1807页，2009年6月；

-Chen K.“Fiber-optic Fabry Perot interferometer based high sensitivecantilever microphone”，Sens.Actuators Phys，第279卷，第107-112页，2018年8月；

-WO 2014/195372；

-S.M.Leinders“A sensitive optical micro-machined ultrasound sensor(OMUS)based on a silicon photonic ring resonator on an acoustical membrane”，Sci.Rep，第5卷，第1期，2015年11月。

发明人设计了一种特别紧凑、制造简单并且具有高检测灵敏度的装置。

发明内容

本发明的第一主题是一种用于检测声波的装置，包括：

-承载波导的膜，该膜被配置为以声波的频率振动；

-波导包括第一反射器和第二反射器，每个反射器反射反射光谱带中的光，波导被配置为与膜一起振动；

-第一反射器和第二反射器彼此间隔开，以便形成光学谐振腔，该光学谐振腔在反射光谱带中限定谐振波长；

-使得波导：

·传输谐振波长的光；

·反射反射光谱带中除了谐振波长的光；

该装置还包括：

-激光光源，其被配置为以发射波长将光波发射到波导中；

-光电检测器，其被设置成检测由波导以谐振波长传输的光波；

-伺服电路，其连接到光源和光电检测器，并被配置为在不同时间将发射波的波长伺服控制到光学谐振腔的谐振波长；

-处理单元，其连接到伺服电路，并且被配置为：

·确定在膜的振动的作用下发射波长的周期性时间相关变化，该发射波长的周期性时间相关变化对应于谐振波长的周期性变化；