面向导航级及可部署的光声加速度计

我们设计并实证地演示了一种实现导航级、光纤封装光声加速度计的体系结构，这种加速度计具有较大的动态范围，工作温度范围广，且无需复杂的激光源。我们的加速度计体系结构基于一套新颖的设计原则，这些原则充分利用了光声加速度计的优势，同时消除了其许多历史性的弱点。位移读取由集成的差分应变感知马赫-温德纳干涉仪(DSMZI)提供，其安装在具有 93.4 kHz 基本共振频率(22.5 pm/g 位移)的超刚性微批量加力质量上。尽管刚性极强，高位移灵敏度提供了受插入损耗限制的 4.2 $\mu g/\sqrt{\mathrm{Hz}}$ 加速度分辨率，并通过改进光纤到芯片耦合，轻松实现 330 $n g/\sqrt{\mathrm{Hz}}$。进一步，我们表明，刚性高且具有差分光学读取的组合，使该设备对常见的偏置不稳定性因素不敏感，我们测量到的偏置不稳定值为 243 秒时的 6.3 $\mu g$。DSMZI 提供了 17 nm 的光学带宽和超过 20 $^\circ\mathrm{C}$ 的温度工作范围，两者都比之前对光声加速度计的演示大了一个数量级。高刚性和大光学带宽导致预期动态范围为 165.4 dB。加速度分辨率高、动态范围大、偏置不稳定性低且对波长、温度和封装应力本质不敏感，使该设备非常适合部署在真实环境中所需的实际应用，并展示了光声加速度计最终超越所有其他芯片级加速度计的路径。