基于声光效应的声波探测器及系统的制作方法

本发明涉及声波检测领域，具体而言，涉及一种基于声光效应的声波探测器及系统。

背景技术：

发声体产生的振动在空气或其他物质中的传播叫做声波。声波借助各种介质向四面八方传播。声波通常是纵波，声波所到之处的质点沿着传播方向在平衡位置附近振动，声波的传播实质上是能量在介质中的传递。

现有技术中，对声波的检测主要依靠对声波所携带的能量进行检测，采用的装置一般是能量测量装置，一般的能量测量装置是将声信号转换成电信号时，通过对电信号的测量以及电信号和声信号的对应关系得到声波的具体参数。

但是，现有技术中将声音转化为电信号的时候，具有较大的损耗，使得对声波的测量不准确。

技术实现要素：

本发明的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种基于声光效应的声波探测器及系统，以解决现有技术中将声音转化为电信号的时候，具有较大的损耗，使得对声波的测量不准确的问题。

为实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种基于声光效应的声波探测器，声波探测器包括：衬底和多个折射部，多个折射部周期设置在衬底的一侧；每个折射部均分别包括：第一金属层、半导体层和第二金属层，第一金属层靠近衬底设置，半导体层设置在第一金属层远离衬底的一侧，第二金属层设置在半导体层远离第一金属层的一侧，半导体层的材料为声光材料。

可选的，该第一金属层、半导体层和第二金属层的形状均为圆盘形。

可选的，该第一金属层、半导体层和第二金属层的圆心处于同一条直线。

可选的，该半导体层的直径不小于第一金属层和第二金属层的直径。

可选的，该半导体层的材料为二氧化碲。

可选的，该第一金属层和第二金属层的材料均为贵金属。

可选的，该第一金属层和第二金属层的材料为：银、金、钌、铑、钯、锇、铱和铂中任意一种或多种。

可选的，该衬底的材料为二氧化硅。

第二方面，本发明实施例提供了另一种基于声光效应的声波探测系统，声波探测系统包括：波长检测装置和上述第一方面任意一项的基于声光效应的声波探测器，波长检测装置用于检测波长检测装置的共振波长。

本发明的有益效果是：

本申请通过将每个折射部均分别包括：第一金属层、半导体层和第二金属层，半导体层设置在第一金属层的一侧，第二金属层设置在半导体层远离第一金属层的一侧，半导体层的材料为声光材料，并且将多个折射部周期设置在衬底的一侧，当该声波探测器检测声波的时候，将该声波探测器设置在光照条件下，由于该半导体层的材料为声光材料，所以在声波的作用下该半导体层的光学折射率会发生改变，进而使得该第一金属层和第二金属层之间的耦合发生改变，从而改变该第一金属层和第二金属层之间的共振波长，通过该第一金属层和第二金属层之间共振波长的改变，以及改变的共振波长和声波的对应关系，可以直接得到待测声波，由于本申请是通过光学共振表征声波的，所以可以减少声波的损耗，使得对声波的测量更加准确。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本发明一实施例提供的一种基于声光效应的声波探测器的结构示意图；

图2为本发明一实施例提供的另一种基于声光效应的声波探测器的结构示意图；

图3为本发明一实施例提供的一种基于声光效应的声波探测器的反射光谱；

图4为本发明一实施例提供的另一种基于声光效应的声波探测器的反射光谱；

图5为本发明一实施例提供的另一种基于声光效应的声波探测器的反射光谱。

图标：10-衬底；20-折射部；21-第一金属层；22-半导体层；23-第二金属层。

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实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1为本发明一实施例提供的一种基于声光效应的声波探测器的结构示意图，如图1所示，本申请实施例提供一种基于声光效应的声波探测器，声波探测器包括：衬底10和多个折射部20，多个折射部20周期设置在衬底10的一侧；每个折射部20均分别包括：第一金属层21、半导体层22和第二金属层23，第一金属层21靠近衬底10设置，半导体层22设置在第一金属层21远离衬底10的一侧，第二金属层23设置在半导体层22远离第一金属层21的一侧，半导体层22的材料为声光材料。

多个折射部20设置在该衬底10的一侧，且周期设置，在实际应用中，该多个折射部20在该衬底10上可以是圆形周期，也可以是方形周期，在此不做具体限定，每个折射部20均包括第一金属层21、第二金属层23和半导体层22，该第一金属层21和第二金属层23分别设置在改半导体层22的两侧，且该第一金属层21的另一侧靠近该衬底10设置，在该衬底10上形成了多个可以折射光的折射部20，并且由于该半导体层22的材料为声光材料，则该半导体层22在声波的作用下会发生一定的形变，进而使得该半导体层22的折射率也发生改变，进而使得折射部20中的第一金属层21和第二金属层23之间的耦合情况发生改变，进一步的改变声波探测器对光的耦合特性，通过该第一金属层21和第二金属层23之间共振波长的改变，以及改变的共振波长和声波的对应关系，就可以直接得到待测声波，并且由于本申请是通过光学共振表征声波的，所以可以减少声波的损耗，减少了现有技术中声电转化中的损耗，使得对声波的测量更加准确，需要说明的是，该第一金属层21和第二金属层23之间改变的共振波长和声波的对应关系根据实际实验进行测量得到，在此不做具体限定，该折射部20中第一金属层21、半导体层22和第二金属层23的体积和形状根据实际需要进行设置，在此不做具体限定。

名词解释，声光材料是具有声光效应的材料。超声波通过介质时会造成介质的局部压缩和伸长而产生弹性应变，该应变随时间和空间作周期性变化,使介质出现疏密相间的现象，如同一个相位光栅。当光通过这一受到超声波扰动的介质时就会发生衍射现象，这种现象称之为声光效应。

可选地，该第一金属层21、半导体层22和第二金属层23的形状均为圆盘形。

该第一金属层21、第二金属层23和半导体层22的形状可以均是圆盘形，可以是正圆盘形，也可以是椭圆盘形，在此不做具体限定，该圆盘形第一金属层21、第二金属层23和半导体层22的体积根据实际情况设置，在此不做具体限定，在实际应用中，第一金属层21和第二金属层23的半径相同，即第一金属层21和第二金属层23为形状和体积均相同的圆盘，当声波作用在半导体层22上时，改变半导体层22的折射率，使得第一金属层21和第二金属层23的共振情况改变更加明显。

可选地，该第一金属层21、半导体层22和第二金属层23的圆心处于同一条直线。

当该第一金属层21、半导体层22和第二金属层23均为正圆形状时，该第一金属层21、半导体层22和第二金属层23的圆心处于同一条直线上，当该第一金属层21、半导体层22和第二金属层23的形状均为椭圆形时，该第一金属层21、半导体层22和第二金属层23的两个圆心分别处于同一条直线。

图2为本发明一实施例提供的另一种基于声光效应的声波探测器的结构示意图，如图2所示，可选地，该半导体层22的直径不小于第一金属层21和第二金属层23的直径。

该半导体层22的直径可以大于第一金属层21和第二金属层23的直径，也可以等于第一金属层21和第二金属层23的直径，在实际应用中，第一金属层21和第二金属层23的半径相同，即第一金属层21和第二金属层23为形状和体积均相同的圆盘，当半导体层22的直径分别小于第一金属层21和第二金属层23的直径时，声波作用在半导体层22上时，改变半导体层22的折射率，使得第一金属层21和第二金属层23的共振情况改变更加明显，进而使得对声波的检测更加准确，在实际应用中，当声波作用到半导体层22上时，不仅改变了半导体层22的折射率，而且改变了半导体层22的形貌，例如，半导体层22向下弯曲了，这样具有双重效果，对第一金属层21和第二金属层23共振波长的改变更大。

可选地，该半导体层22的材料为二氧化碲。

可选地，该第一金属层21和第二金属层23的材料均为贵金属。

该第一金属层21和第二金属层23的材料均可以是贵金属中的任意一种，也可以是贵金属中多种贵金属组成的混合金属，在此不做具体限定。

可选地，该第一金属层21和第二金属层23的材料为：银、金、钌、铑、钯、锇、铱和铂中任意一种或多种。

该第一金属层21和第二金属层23的材料均可以是银、金、钌、铑、钯、锇、铱和铂中的任意一种，也可以是银、金、钌、铑、钯、锇、铱和铂中多种贵金属组成的混合金属，若该第一金属层21和第二金属层23为多种贵金属组成的混合金属，则多种贵金属的混合比例根据实际情况而定，在此不做限定。

可选地，该衬底10的材料为二氧化硅。

图3为本发明一实施例提供的一种基于声光效应的声波探测器的反射光谱；图4为本发明一实施例提供的另一种基于声光效应的声波探测器的反射光谱；图5为本发明一实施例提供的另一种基于声光效应的声波探测器的反射光谱，如图3、图4和图5所示，在图3中，折射率1.5使用带方块的线表示，折射率为1.6使用带圆点的线表示，折射率为1.7的使用带三角形的线表示，在实际应用中，一般可以通过改变半导体层22的半径，来改变声波探测器的反射谱，也可以通过改变半导体层22的折射率实现声波探测器的反射谱的改变，图3为第一金属层21、半导体层22和第二金属层23的形状均为圆盘形时，改变半导体层22折射率时的反射光谱图。其中，半导体层22直径大于第一金属层21和第二金属层23的直径，第一金属层21和第二金属层23的直径相同。这样，当半导体层22的折射率变化时，第一金属层21和第二金属层23之间的耦合发生变化，进而反射光谱发生变化；图4为半导体层22为二氧化碲(teo2)纳米线时，改变半导体层22折射率时的反射光谱图。当半导体层22的折射率变化时，第一金属层21和第二金属层23之间的耦合发生变化，进而反射光谱发生变化；图5为半导体层22为二氧化碲(teo2)纳米线时，改变半导体层22形貌并且改变半导体层22折射率时的反射光谱图。半导体层22的折射率和形貌的共同变化时，导致第一金属层21和第二金属层23之间的耦合发生变化，进而反射光谱发生明显变化；图4和图5进行对比可以得到，半导体22形貌和折射率的同时改变，对反射光谱的影响较大，即当声波作用到纳米线上时，不仅改变了纳米线的折射率，而且改变了其形貌，这样具有双重效果，对共振波长的改变更大，使得对声波的检测更加准确。

本申请通过将每个折射部20均分别包括：第一金属层21、半导体层22和第二金属层23，半导体层22设置在第一金属层21的一侧，第二金属层23设置在半导体层22远离第一金属层21的一侧，半导体层22的材料为声光材料，并且将多个折射部20周期设置在衬底10的一侧，当该声波探测器检测声波的时候，将该声波探测器设置在光照条件下，由于该半导体层22的材料为声光材料，所以在声波的作用下该半导体层22的光学折射率会发生改变，进而使得该第一金属层21和第二金属层23之间的耦合发生改变，从而改变该第一金属层21和第二金属层23之间的共振波长，通过该第一金属层21和第二金属层23之间共振波长的改变，以及改变的共振波长和声波的对应关系，可以直接得到待测声波，由于本申请是通过光学共振表征声波的，所以可以减少声波的损耗，使得对声波的测量更加准确。

本申请实施例还提供了一种基于声光效应的声波探测系统，声波探测系统包括：波长检测装置和上述任意一项的基于声光效应的声波探测器，波长检测装置用于检测波长检测装置的共振波长。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。