一种基于克尔效应的声波传感器的制作方法

本发明涉及声波传感领域，具体涉及一种基于克尔效应的声波传感器。

背景技术：

声波检测在工程技术中非常重要。常用的声波检测方法有透射法、折射法、反射法。常规声波检测方法的灵敏度低。

技术实现要素：

为解决以上问题，本发明提供了一种基于克尔效应的声波传感器，包括基底、压磁材料层、空腔，压磁材料层置于基底上，压磁材料层的表面为平面，空腔周期性地设置在压磁材料层内；应用时，线偏振光倾斜照射压磁材料层，在垂直于入射面方向施加外磁场，通过探测反射光的强度实现声波探测。

更进一步地，空腔的顶面与压磁材料层的表面平行。

更进一步地，空腔内填充满液体。

更进一步地，液体为水。

更进一步地，空腔内设有贵金属颗粒。

更进一步地，贵金属颗粒的材料为金。

更进一步地，贵金属颗粒为球形。

更进一步地，贵金属颗粒的直径大于20纳米、小于80纳米。

更进一步地，空腔的顶部与压磁材料层表面之间的距离小于100纳米。

更进一步地，基底的材料为非磁性材料，压磁材料层为金属压磁材料。

本发明的有益效果：本发明提供了一种基于克尔效应的声波传感器，包括基底、压磁材料层、空腔，压磁材料层置于基底上，压磁材料层的表面为平面，空腔周期性地设置在压磁材料层内。应用时，将本发明的基于克尔效应的声波传感器置于待测环境中或与待测物体接触，待测环境或待测物体中的声波与本发明的基于克尔效应的声波传感器作用，线偏振光倾斜照射压磁材料层，在垂直于入射面方向施加外磁场，待测声波作用到压磁材料层，改变压磁材料层内部的应力，从而改变压磁材料层的磁导率，从而改变压磁材料层内的磁场，从而改变克尔效应的强度，从而改变压磁材料层表面的反射光的强度，通过探测反射光的强度实现声波探测。因为压磁材料层的磁导率严重地依赖于其所受到的内部应力，所以本发明能够实现声波的高灵敏探测，在声波探测领域具有良好的应用前景。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是一种基于克尔效应的声波传感器的示意图。

图2是又一种基于克尔效应的声波传感器的示意图。

图3是再一种基于克尔效应的声波传感器的示意图。

图中：1、基底；2、压磁材料层；3、空腔；4、贵金属颗粒。

具体实施方式

为进一步阐述本发明达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本发明的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。

实施例1

本发明提供了一种基于克尔效应的声波传感器。如图1所示，该基于克尔效应的声波传感器包括基底1、压磁材料层2、空腔3。压磁材料层2置于基底1上，压磁材料层2的表面为平面，以便于用以反射入射光。基底1的材料为非磁性材料。优选地，基底1的材料为二氧化硅。压磁材料层2可以为金属压磁材料、铁氧体压磁材料、稀土压磁材料。优选地，压磁材料层2为金属压磁材料，因为金属压磁材料的饱和磁化强度高，力学性能优良，便于在大功率下使用。金属压磁材料可以为fe-co-v系、fe-ni系、fe-al系、ni-co系合金。空腔3周期性地设置在压磁材料层2内，也就是空腔3被压磁材料层包2覆，空腔3不与基底1接触，也不与压磁材料层2的上表面接触。

应用时，将本发明的基于克尔效应的声波传感器置于待测环境中或与待测物体接触，待测环境或待测物体中的声波与本发明的基于克尔效应的声波传感器作用，线偏振光倾斜照射压磁材料层2，在垂直于入射面方向施加外磁场，待测声波作用到压磁材料层2，改变压磁材料层2内部的应力，从而改变压磁材料层2的磁导率，从而改变压磁材料层2内的磁场，从而改变克尔效应的强度，从而改变压磁材料层2表面的反射光的强度，通过探测反射光的强度实现声波探测。因为压磁材料层2的磁导率严重地依赖于其所受到的内部应力，并且本发明中可以应用外磁场增强克尔效应的强度，所以本发明能够实现声波的高灵敏探测，在声波探测领域具有良好的应用前景。

更进一步地，空腔3的顶面与压磁材料层2的表面平行。这样一来，在空腔3的顶部，压磁材料层2具有相同的厚度。另外，因为空腔3为周期性排列，这样整个结构为周期性结构，以增强反射光的强度。

更进一步地，空腔3内填充满液体。这样一来，空腔3对声波的吸收更强，将声波更好地限制在空腔3内，增强压磁材料层2对声波的吸收，提高声波探测的灵敏度。优选地，液体为水，以便于降低成本。

优选地，线偏振光照射压磁材料层2的入射角大于60度，以便于激发更强的克尔效应。

本发明中，空腔3和液体包覆在压磁材料层2内，与外界不接触，外界环境不能够对空腔内3的环境或液体产生影响，结构稳定。

实施例2

在实施例1的基础上，如图2所示，空腔3内设有贵金属颗粒4。贵金属颗粒4的材料为金。贵金属颗粒4为球形。贵金属颗粒4的直径大于20纳米、小于80纳米，以便于吸收可见光。贵金属颗粒4吸收入射光，入射光激发贵金属颗粒4产生表面等离激元共振，在压磁材料层2内形成更强的电场，从而增强入射光与压磁材料层2的作用，提高克尔效应的强度，提高声波探测的灵敏度。

更进一步地，空腔3的顶部与压磁材料层2表面之间的距离小于100纳米，以增强入射光与贵金属颗粒4之间的耦合，使得贵金属颗粒4上产生更强的表面等离激元共振，在空腔3顶部、压磁材料层2内产生更强的电场，提高克尔效应的强度，提高声波探测的灵敏度。

实施例3

在实施例2的基础上，如图3所示，空腔3为倒三角形，三角形的底边平行于压磁材料层2的表面。更进一步地，空腔3为倒等腰三角形。这样一来，等腰三角形的两腰对声波产生反射及会聚作用，在底边处形成强声波场，增强了声波与压磁材料层2中空腔3顶部的作用，提高了克尔效应的强度，提高了声波探测的灵敏度。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

技术特征：

1.一种基于克尔效应的声波传感器，其特征在于，包括：基底、压磁材料层、空腔，所述压磁材料层置于所述基底上，所述压磁材料层的表面为平面，所述空腔周期性地设置在所述压磁材料层内；应用时，线偏振光倾斜照射所述压磁材料层，在垂直于入射面方向施加外磁场，通过探测反射光的强度实现声波探测。

2.如权利要求1所述的基于克尔效应的声波传感器，其特征在于：所述空腔的顶面与所述压磁材料层的表面平行。

3.如权利要求2所述的基于克尔效应的声波传感器，其特征在于：所述空腔内填充满液体。

4.如权利要求3所述的基于克尔效应的声波传感器，其特征在于：所述液体为水。

5.如权利要求3-4任一项所述的基于克尔效应的声波传感器，其特征在于：所述空腔内设有贵金属颗粒。

6.如权利要求5所述的基于克尔效应的声波传感器，其特征在于：所述贵金属颗粒的材料为金。

7.如权利要求6所述的基于克尔效应的声波传感器，其特征在于：所述贵金属颗粒为球形。

8.如权利要求7所述的基于克尔效应的声波传感器，其特征在于：所述贵金属颗粒的直径大于20纳米、小于80纳米。

9.如权利要求8所述的基于克尔效应的声波传感器，其特征在于：所述空腔的顶部与所述压磁材料层表面之间的距离小于100纳米。

10.如权利要求9所述的基于克尔效应的声波传感器，其特征在于：所述基底的材料为非磁性材料，所述压磁材料层为金属压磁材料。

技术总结
本发明涉及声波探测领域，具体提供了一种基于克尔效应的声波传感器，压磁材料层置于基底上，压磁材料层的表面为平面，空腔周期性地设置在压磁材料层内。应用时，将本发明的基于克尔效应的声波传感器置于待测环境中或与待测物体接触，待测环境或待测物体中的声波与本发明的基于克尔效应的声波传感器作用，改变压磁材料层内部的应力，线偏振光倾斜照射压磁材料层，在垂直于入射面方向施加外磁场，通过探测反射光的强度实现声波探测。因为压磁材料层的磁导率严重地依赖于其所受到的内部应力，所以本发明能够实现声波的高灵敏探测，在声波探测领域具有良好的应用前景。

技术研发人员：不公告发明人
受保护的技术使用者：中山科立特光电科技有限公司
技术研发日：2020.08.31
技术公布日：2020.11.24