于长秋 马世昌 陈志远 项晨晨 李海 周铁军

(杭州电子科技大学电子信息学院, 杭州 310018)

基于光力谐振腔的磁力仪在应用时主要受限于灵敏度和检测带宽两个指标.本文设计了一种厘米尺寸的回音壁模式谐振腔结构, 可探测6 Hz至1 MHz频率范围内的交变磁场, 在无磁屏蔽、室温环境下、无直流偏置磁场时, 其最佳灵敏度在123.8 kHz可达530 pT·Hz-1/2, 探测带宽和最佳灵敏度分别为同尺寸谐振腔的11倍和1.67倍.该磁场传感器仅需100 µW的光功率, 功耗很低.后续通过优化系统噪声、提升器件磁场响应能力等手段可进一步提升其传感性能, 有望在电力系统故障监测和医学诊断等领域发挥其应用潜力.

1 引 言

回音壁模式光学谐振腔可用于检测转速[1]、温度[2-5]、湿度[6]、折射率[7]、压强[8-10]、力[11,12]、位移[13,14]、加速度[15]、电场[16,17]和磁场[18-23]等物理量.其中, 磁场传感器因其在医学、军事、地理勘测和物理等领域具有重要的应用价值[24-28], 吸引了研究人员的广泛关注.在磁力仪的诸多实现方式中[28], 结构简单的搜索线圈磁力仪具有较宽的探测频带, 可探测fT量级的变化磁场, 但是无法探测直流磁场; 磁阻式磁场传感器的灵敏度高、加工时工艺比较复杂, 对加工设备和环境要求较高; 无自旋交换弛豫磁力仪和原子磁力仪一样, 较难集成且工作时需要磁屏蔽系统; 超导量子干涉磁力仪具有fT量级的高灵敏度, 应用范围覆盖生物磁场探测、材料性质表征、地磁测量和军事反潜等诸多领域, 但是低温的工作条件增加了系统的……