一种信号强度探测系统、方法及装置与流程

本发明实施例涉及信号强度探测技术领域，尤其涉及一种信号强度探测系统、方法及装置。

背景技术：

传统的信号强度探测方法主要是利用半导体材料吸收待测信号中包含的光子数(光子能量大于材料跃迁能级)，然后通过跃迁模型和参数取值来获得信号功率(或强度)，如基于硅材料的可见光探测器、基于砷化镓的红外探测器等。

但是该类器件不仅体积较大，成本较高，对光源方向性和光斑大小也有较苛刻的要求，而且灵敏度也较差。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种信号强度探测系统、方法及装置，以解决现有技术中的器件在探测信号强度时灵敏度较差的问题。

针对上述问题，第一方面，本发明实施例提供一种信号强度探测系统，所述系统包括：

信号接收器，用于接收待检测光信号，并将所述待检测光信号转换为电流信号；

信号探测器，所述信号探测器包括谐振腔和覆盖于所述谐振腔表面的石墨烯层；其中所述信号接收器与所述石墨烯层形成电路回路，当所述电流信号流经所述石墨烯层时，所述石墨烯层产生热量，并将所述热量传导至所述谐振腔，以使所述谐振腔在接收到所述热量时，根据所述热量改变谐振模式；

信号强度识别装置，用于探测得到所述谐振腔未根据所述热量改变谐振模式前的初始谐振模式和根据所述热量改变谐振模式后的当前谐振模式，并根据所述当前谐振模式相对于所述初始谐振模式的变化量，得到所述待检测光信号的信号强度。

第二方面，本发明实施例提供一种信号强度探测方法，所述方法包括：

获取待检测光信号转换得到的电流信号；

当所述电流信号流经信号探测器的石墨烯层，且所述石墨烯层产生热量并将所述热量传导至所述石墨烯层所覆盖的谐振腔时，获取所述谐振腔根据所述热量改变谐振模式后的当前谐振模式；

根据预先获取的所述谐振腔未根据所述热量改变谐振模式前的初始谐振模式和所述当前谐振模式，确定所述待检测光信号的信号强度。

第三方面，本发明实施例提供一种信号强度探测装置，所述装置包括：

第一获取模块，用于获取待检测光信号转换得到的电流信号；

第二获取模块，用于当所述电流信号流经信号探测器的石墨烯层，且所述石墨烯层产生热量并将所述热量传导至所述石墨烯层所覆盖的谐振腔时，获取所述谐振腔根据所述热量改变谐振模式后的当前谐振模式；

确定模块，用于根据预先获取的所述谐振腔未根据所述热量改变谐振模式前的初始谐振模式和所述当前谐振模式，确定所述待检测光信号的信号强度。

第四方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述的信号强度探测方法的步骤。

第五方面，本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现所述的信号强度探测方法的步骤。

本发明实施例提供的信号强度探测系统、方法及装置，通过设置包括谐振腔和覆盖于谐振腔表面的石墨烯层的信号探测器，且石墨烯层和用于将接收到的待检测光信号转换为电流信号的信号接收器形成电路回路，使得在电流信号流经石墨烯层时，石墨烯层会产生热量并将热量传导至谐振腔内，从而使得谐振腔因热光效应改变折射率，进而改变谐振模式，进而使得信号强度识别装置在探测到谐振腔未改变谐振模式前的初始谐振模式和改变谐振模式后的当前谐振模式时，能够根据当前谐振模式相对于初始谐振模式的变化量，得到待检测光信号的信号强度，实现了将信号强度的检测转换为高品质因数谐振模式的变化值的检测，从而提高了信号强度探测时的灵敏度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1表示本发明实施例中信号强度探测系统的模块示意图；

图2表示本发明实施例中信号探测器的结构示意图；

图3表示本发明实施例中信号强度识别装置的模块框图；

图4表示本发明实施例中信号强度探测方法的步骤流程图；

图5表示本发明实施例中信号强度探测装置的模块框图；

图6表示本发明实施例中电子设备的模块框图。

具体实施方式

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。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。

如图1所示，为本发明实施例中信号强度探测系统的模块示意图，该信号强度探测系统包括：

信号接收器11，用于接收待检测光信号，并将所述待检测光信号转换为电流信号；

信号探测器12，所述信号探测器12包括谐振腔121和覆盖于所述谐振腔121表面的石墨烯层122；其中，所述信号接收器11与所述石墨烯层122形成电路回路，当所述电流信号流经所述石墨烯层122时，所述石墨烯层122产生热量，并将所述热量传导至所述谐振腔121，以使所述谐振腔121在接收到所述热量时，根据所述热量改变谐振模式；

信号强度识别装置13，用于探测得到所述谐振腔121未根据所述热量改变谐振模式前的初始谐振模式和根据所述热量改变谐振模式后的当前谐振模式，并根据所述当前谐振模式相对于所述初始谐振模式的变化量，得到所述待检测光信号的信号强度。

具体的，石墨烯层122由机械剥离法或者化学气象沉积法集成在谐振腔的上表面，从而达到较好的覆盖效果。

此外，具体的，在石墨烯层122产生热量并将热量传导至所述谐振腔时，石墨烯层122所传导的热量为所产生的热量的预设比例。当然，在此需要说明的是，该预设比例的具体数值可以由石墨烯层的特性确定，在此并不具体限定该预设比例的具体数值。

另外，具体的，在此需要强调的是，本实施例中的初始谐振模式为相对于当前谐振模式而言，即初始谐振模式为信号探测器未对当前的待检测光信号进行检测时的谐振模式，而不是谐振腔制作完成时的谐振模式。

其中，信号接收器11能够接收来自任意方向以及任意频段，包括紫外线至中、远红外线波段的光信号，并将接收到的待检测光信号转换为电流信号，从而实现宽频带光信号的信号强度探测；此外，信号探测器12中的石墨烯层122与信号接收器11形成电路回路，这使得在信号接收器11所转换得到的电流信号流经石墨烯层122时，石墨烯层122能够发生电热效应产生热量，并将热量传导至所覆盖的谐振腔121，此时谐振腔121因接收到的热量而发生热光效应，从而导致谐振腔121的折射率发生改变，进而谐振模式发生改变；另外，信号识别装置13能够探测得到谐振腔121因热量而发生谐振模式改变后的当前谐振模式，并能够探测得到谐振腔121未因热量改变谐振模式之前的初始谐振模式，从而能够通过对当前谐振模式和初始谐振模式的比较分析，确定石墨烯层所传导的热量值，进而确定待检测光信号的信号强度。这样，本实施例实现了通过谐振模式的变化量来探测光信号的信号强度，使得信号强度探测系统具有较小的体积、较高的稳定性和设计灵活性，并且提高了信号强度探测时的灵敏度。

具体的，信号探测器12所包括的谐振腔121为光子晶体谐振腔，当然为了保证谐振腔能够通过热光效应改变折射率，进而改变谐振模式，谐振腔内填充有传热材料。

下面基于光子晶体谐振腔，对上述实施例的工作原理进行说明。

光子晶体谐振腔在全反射效应和布拉格散射效应的共同作用下将电磁场聚集在纳米尺度范围，形成高品质因数的谐振模式。此外，不同的材料参数(如材料种类)和结构参数(如晶格常数、微扰尺寸和腔体厚度等)都会对谐振模式造成一定影响，如改变其波长、相位和幅值。

当石墨烯层将热量传导至所覆盖的谐振腔时，谐振腔温度的变化会引起谐振腔有效折射率的变化。而根据谐振腔谐振条件和有效时域差分法，可得知谐振腔有效折射率的改变会引起谐振模式参数的改变。基于此原理，且由于石墨烯层传导的热量来自于待检测光信号转换的电流信号以及电流信号经过石墨烯层时产生的热量，且石墨烯层传导的热量与谐振腔所改变的折射率具有一一对应关系，即石墨烯层传导的热量与谐振腔的谐振模式的变化量具有一一对应关系，因此使得能够通过石墨烯层传导的热量与谐振腔的谐振模式的变化量的一一对应关系以及石墨烯层所传导的热量与待检测光信号的信号强度的一一对应关系，反推确定待检测光信号的信号强度，从而实现将信号强度的检测转化为高品质因数的谐振模式的变化值的检测，使得信号强度探测系统具有体积小、易于生产、稳定性高和设计灵活的特定，且具有较高的灵敏度。

此外，进一步地，如图2所示，在信号探测器12中，谐振腔121为l3型光子晶体谐振腔。

当然，在此需要说明的是，当谐振腔121为l3型光子晶体谐振腔时，只需保证石墨烯层122覆盖于l3型光子晶体谐振腔中用于检测待检测光信号的部分即可。

这样，通过采用l3型光子晶体谐振腔，保证了谐振腔在接收到热量时，能够精准的通过光热效应改变有效折射率，进而改变谐振模式，保证了谐振腔因热量改变谐振模式时的灵敏性。

另外，进一步地，继续参见图2，信号探测器12还包括与所述石墨烯层122相接触的两个电极123，其中所述信号接收器通过所述两个电极123与所述石墨烯层122形成电路回路。

具体的，两个电极123可以通过光刻胶法或者磁控溅射法生长在石墨烯层122的两侧。

这样，石墨烯层122通过两个电极123与信号接收器形成电路回路，保证了信号接收器所转换得到的电流信号能够流经石墨烯层122，进而保证了待检测光信号的信号强度的探测过程。

另外，进一步地，如图3所示，信号强度识别装置13包括相连接的谐振模式探测模块131和信号处理模块132；其中，

所述谐振模式探测模块131用于探测所述谐振腔的初始谐振模式和当前谐振模式，并将所述初始谐振模型和所述当前谐振模式传输至所述信号处理模块132；

所述信号处理模块132用于计算得到所述当前谐振模式相对于所述初始谐振模式的变化量，并根据预先设置的谐振模式变化量与信号强度之间的对应关系，得到与所述变化量相对应的信号强度，并将与所述变化量相对应的信号强度确定为所述待检测光信号的信号强度。

具体的，谐振模式探测模块131能够对谐振腔起到谐振模式激励作用，当谐振模式探测模块131激励谐振腔反射出谐振模式时，谐振模式探测模块131接收该谐振模式。

此外，具体的，谐振腔的初始谐振模式为谐振腔未接收到热量时的谐振模式，当前谐振模式为谐振腔因接收到的热量而发生谐振模式改变后的谐振模式。这样，通过探测得到初始谐振模式和当前谐振模式，使得能够确定因待检测光信号所产生的热量所对应的谐振模式变化量，从而使得能够根据谐振模式的变化量，反推出待检测光信号的信号强度。

另外，具体的，信号处理模块可以预先存储谐振模式变化量与信号强度之间的对应关系，这样在信号处理模块计算得到当前谐振模式相对于初始谐振模式的变化量时，能够根据该对应关系，得到当前谐振模式相对于初始谐振模式的变化量所对应的信号强度，即得到待检测光信号的信号强度，从而实现将信号强度的检测转换为高品质因数谐振模式的变化值的检测，提高了信号强度检测时的准确性。

当然，在此需要说明的是，信号处理模块在计算得到当前谐振模式相对于初始谐振模式的变化量时，还可以根据预设公式和所述变化量，计算得到待检测光信号的信号强度。

这样，本实施例提高的信号强度探测系统，通过设置包括谐振腔和覆盖于谐振腔表面的石墨烯层的信号探测器，且石墨烯层和用于将接收到的待检测光信号转换为电流信号的信号接收器形成电路回路，使得在电流信号流经石墨烯层时，石墨烯层会产生热量并将热量传导至谐振腔内，从而使得谐振腔因热光效应改变折射率，进而改变谐振模式，进而实现了将信号强度的检测转换为高品质因数谐振模式的变化值的检测，从而提高了信号强度探测时的灵敏度。

此外，如图4所示，为本发明实施例信号强度探测方法的步骤流程图，该方法包括如下步骤：

步骤401：获取待检测光信号转换得到的电流信号。

在本步骤中，具体的，可以通过信号接收器接收待检测光信号，并将待检测光信号转换为电流信号。

此外，具体的，该待检测光信号可以为任意方向以及任意频段，包括紫外线至中、远红外线波段的光信号。

步骤402：当电流信号流经信号探测器的石墨烯层，且石墨烯层产生热量并将热量传导至石墨烯层所覆盖的谐振腔时，获取谐振腔根据热量改变谐振模式后的当前谐振模式。

在本步骤中，具体的，在获取到待检测光信号转换得到的电流信号时，当检测到电流信号流经信号探测器的石墨烯层，且石墨烯层产生热量并将热量传导至石墨烯层所覆盖的谐振腔时，可以获取谐振腔根据热量改变谐振模式后的当前谐振模式。

具体的，本实施例中的信号探测器包括石墨烯层和石墨烯层所覆盖的谐振腔。当电流信号流经石墨烯层时，石墨烯层会产生热量，并将热量传导至谐振腔内，此时谐振腔会因光热效应而改变折射率，进而改变谐振模式。

下面对谐振腔根据热量改变谐振模式的原理进行说明。

具体的，谐振腔在全反射效应和布拉格散射效应的共同作用下将电磁场聚集在纳米尺度范围，形成高品质因数的谐振模式。此外，不同的材料参数(如材料种类)和结构参数(如晶格常数、微扰尺寸和腔体厚度等)都会对谐振模式造成一定影响，如改变其波长、相位和幅值。

当电流信号流经石墨烯层时，石墨烯层因电热效应产生热量，此时由于石墨烯层覆盖于谐振腔的上方，因此石墨烯层将热量传导至所覆盖的谐振腔，此时谐振腔温度的变化会引起谐振腔有效折射率的变化。而根据谐振腔谐振条件和有效时域差分法，可得知谐振腔有效折射率的改变会引起谐振模式参数的改变。基于此原理，且由于石墨烯层传导的热量来自于待检测光信号转换的电流信号以及电流信号经过石墨烯层时产生的热量，且石墨烯层传导的热量与谐振腔所改变的折射率具有一一对应关系，即石墨烯层传导的热量与谐振腔的谐振模式的变化量具有一一对应关系，因此使得能够通过石墨烯层传导的热量与谐振腔的谐振模式的变化量的一一对应关系以及石墨烯层所传导的热量与待检测光信号的信号强度的一一对应关系，反推确定待检测光信号的信号强度，从而实现将信号强度的检测转化为高品质因数的谐振模式的变化值的检测，使得信号强度探测系统具有体积小、易于生产、稳定性高和设计灵活的特定，且具有较高的灵敏度。

步骤403：根据预先获取的谐振腔未根据热量改变谐振模式前的初始谐振模式和当前谐振模式，确定待检测光信号的信号强度。

在本步骤中，具体的，在获取谐振腔根据热量改变谐振模式后的当前谐振模式之前，需要获取谐振腔未根据热量改变谐振模式之前的初始谐振模式，即获取信号探测器未接收到当前待检测光信号转换得到的电流信号时，信号探测器中谐振腔的谐振模式。

在此需要强调的是，谐振腔的初始谐振模式为相对于当前谐振模式而言，即初始谐振模式为信号探测器未对当前的待检测光信号进行检测时的谐振模式，而不是谐振腔制作完成时的谐振模式。

这样，在获取到初始谐振模式和当前谐振模式时，可以根据初始谐振模式和当前谐振模式，确定待检测光信号的信号强度。

其中，在根据初始谐振模式和当前谐振模式，确定待检测光信号的信号强度时，可以获取所述当前谐振模式相对于所述初始谐振模式的变化量；然后根据预先设置的谐振模式变化量与信号强度之间的对应关系，获取与所述变化量对应的信号强度，并将与所述变化量对应的信号强度确定为所述待检测光信号的信号强度。

具体的，本实施例预先设置有谐振模式变化量与信号强度之间的对应关系，因此在获取到初始谐振模式和当前谐振模式时，可以根据该对应关系，确定当前谐振模式相对于初始谐振模式的变化量所对应的信号强度，即确定待检测光信号的信号强度，从而实现将信号强度的检测转换为高品质因数谐振模式的变化值的检测，提高了信号强度检测时的准确性。

当然，在此需要说明的是，信号处理模块在计算得到当前谐振模式相对于初始谐振模式的变化量时，还可以根据预设公式和所述变化量，计算得到待检测光信号的信号强度。

这样，本实施例通过获取待检测光信号转换得到的电流信号，并当电流信号流经信号探测器的石墨烯层，且石墨烯层产生热量并将热量传导至石墨烯层所覆盖的谐振腔时，获取谐振腔根据热量改变谐振模式后的当前谐振模式，最后根据预先获取的谐振腔未根据热量改变谐振模式前的初始谐振模式和当前谐振模式，确定待检测光信号的信号强度，实现了将信号强度的检测转换为高品质因数谐振模式的变化值的检测，提高了信号强度检测时的准确性。

此外，如图5所示，为本发明实施例中信号强度探测装置的模块框图，该信号强度探测装置包括：

第一获取模块501，用于获取待检测光信号转换得到的电流信号；

第二获取模块502，用于当所述电流信号流经信号探测器的石墨烯层，且所述石墨烯层产生热量并将所述热量传导至所述石墨烯层所覆盖的谐振腔时，获取所述谐振腔根据所述热量改变谐振模式后的当前谐振模式；

确定模块503，用于根据预先获取的所述谐振腔未根据所述热量改变谐振模式前的初始谐振模式和所述当前谐振模式，确定所述待检测光信号的信号强度。

可选地，所述确定模块503包括：

获取单元，用于获取所述当前谐振模式相对于所述初始谐振模式的变化量；

确定单元，用于根据预先设置的谐振模式变化量与信号强度之间的对应关系，获取与所述变化量对应的信号强度，并将与所述变化量对应的信号强度确定为所述待检测光信号的信号强度。

本发明实施例提供的信号强度探测装置，通过获取待检测光信号转换得到的电流信号，并当电流信号流经信号探测器的石墨烯层，且石墨烯层产生热量并将热量传导至石墨烯层所覆盖的谐振腔时，获取谐振腔根据热量改变谐振模式后的当前谐振模式，最后根据预先获取的谐振腔未根据热量改变谐振模式前的初始谐振模式和当前谐振模式，确定待检测光信号的信号强度，实现了将信号强度的检测转换为高品质因数谐振模式的变化值的检测，提高了信号强度检测时的准确性。

在此需要说明的是，本发明实施例中可以通过硬件处理器(hardwareprocessor)来实现相关功能模块，并能达到相同的技术效果，在此不在进行赘述。

在本发明的又一实施例中，提供了一种电子设备，如图6所示，所述电子设备包括存储器(memory)601、处理器(processor)602以及存储在存储器601上并可在处理器602上运行的计算机程序。其中，所述存储器601、处理器602通过总线603完成相互间的通信。所述处理器602用于调用所述存储器601中的程序指令，以执行如下方法：获取待检测光信号转换得到的电流信号；当所述电流信号流经信号探测器的石墨烯层，且所述石墨烯层产生热量并将所述热量传导至所述石墨烯层所覆盖的谐振腔时，获取所述谐振腔根据所述热量改变谐振模式后的当前谐振模式；根据预先获取的所述谐振腔未根据所述热量改变谐振模式前的初始谐振模式和所述当前谐振模式，确定所述待检测光信号的信号强度。

本发明实施例提供的电子设备，可执行信号强度探测方法中的具体步骤，并能够达到相同的技术效果，在此不再对此进行具体介绍。

此外，上述的存储器601中的程序指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在本发明的又一实施例中，提供了一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时以执行如下方法：获取待检测光信号转换得到的电流信号；当所述电流信号流经信号探测器的石墨烯层，且所述石墨烯层产生热量并将所述热量传导至所述石墨烯层所覆盖的谐振腔时，获取所述谐振腔根据所述热量改变谐振模式后的当前谐振模式；根据预先获取的所述谐振腔未根据所述热量改变谐振模式前的初始谐振模式和所述当前谐振模式，确定所述待检测光信号的信号强度。

本发明实施例提供的非暂态计算机可读存储介质，可执行信号强度探测方法中的具体步骤，并能够达到相同的技术效果，在此不再对此进行具体介绍。

在本发明的又一实施例中，提供了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时以执行如下方法：获取待检测光信号转换得到的电流信号；当所述电流信号流经信号探测器的石墨烯层，且所述石墨烯层产生热量并将所述热量传导至所述石墨烯层所覆盖的谐振腔时，获取所述谐振腔根据所述热量改变谐振模式后的当前谐振模式；根据预先获取的所述谐振腔未根据所述热量改变谐振模式前的初始谐振模式和所述当前谐振模式，确定所述待检测光信号的信号强度。

本发明实施例提供的计算机程序产品，可执行信号强度探测方法中的具体步骤，并能够达到相同的技术效果，在此不再对此进行具体介绍。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。