阅读说明：本技术 用于光机械装置的反馈冷却和检测 (Feedback cooling and detection for opto-mechanical devices ) 是由 约书亚·多尔 查德·费尔蒂希 亚瑟·萨夫琴科 史蒂文·廷 尼尔·克吕格尔 于 2020-02-21 设计创作，主要内容包括：本发明题为“用于光机械装置的反馈冷却和检测”。本发明提供了一种用于调制光信号以降低热噪声并跟踪检测质量块组件的机械共振的光机械装置,该光机械装置包括电路,该电路被配置用于：从发光装置接收光信号,并且调制光信号以移除热噪声并使用冷却反馈信号和机械共振反馈信号将机械响应频率驱动至检测质量块组件的机械共振。电路被进一步配置用于：使用调制光信号生成冷却反馈信号,以对应于总回路增益为零并且相位差为180度的调制光信号的热噪声信号；并且使用调制光信号生成机械共振反馈信号,以将调制光信号的机械响应频率驱动至机械共振。(The invention provides feedback cooling and detection for opto-mechanical devices. The present invention provides an opto-mechanical device for modulating an optical signal to reduce thermal noise and track mechanical resonance of a proof mass assembly, the opto-mechanical device comprising circuitry configured to: the method includes receiving an optical signal from a light emitting device, and modulating the optical signal to remove thermal noise and drive a mechanical response frequency to a mechanical resonance of the proof mass assembly using a cooling feedback signal and a mechanical resonance feedback signal. The circuitry is further configured to: generating a cooling feedback signal using the modulated optical signal to correspond to a thermal noise signal of the modulated optical signal having zero overall loop gain and a phase difference of 180 degrees; and generating a mechanical resonance feedback signal using the modulated optical signal to drive the mechanical response frequency of the modulated optical signal to mechanical resonance.)

用于光机械装置的反馈冷却和检测

技术领域

本公开涉及光机械装置，诸如被配置成使用调制光信号来测量加速度的加速度计。

背景技术

光机械装置包括用于检测加速度(即，加速度计)、速度、振动和其他参数的装置。例如，在光机械加速度计中，机械结构的共振频率在光机械装置中的加速度下偏移。可通过将近共振光施加到结构的光学共振并测量透射的或反射的光来用光学场读出机械共振频率。

发明内容

一般来讲，本公开涉及用于反馈“冷却”光机械装置的装置、系统和技术。如本文所用，冷却可指减轻热噪声对光机械共振器的影响。例如，在室温下，热噪声可通过引起机械频率的不稳定性(例如，随机波动)来限制性能。该不稳定性可限制最终的本底噪声并因此限制光机械装置的性能。具体地，光机械装置可被配置用于使用调谐的冷却反馈回路来冷却机械温度，同时注入较大的(例如，增益大于20dB)、稳定的机械驱动信号来以期望机械振幅驱动光机械装置，这可有助于减轻热噪声对光机械共振器的影响。

在一个示例中，用于调制光信号以降低热噪声并跟踪检测质量块组件的机械共振的光机械装置包括电路，该电路被配置用于：从发光装置接收光信号；调制光信号以移除热噪声并使用冷却反馈信号和机械共振反馈信号将机械响应频率驱动至检测质量块组件的机械共振；使用调制光信号生成冷却反馈信号以对应于总回路增益为零且相位差为180度的调制光信号的热噪声信号；并且使用调制光信号生成机械共振反馈信号以将调制光信号的机械响应频率驱动至机械共振。

在另一个示例中，用于调制光信号以降低热噪声并跟踪检测质量块组件的机械共振的方法包括：通过电路从发光装置接收光信号；通过电路调制该光信号以移除热噪声并使用冷却反馈信号和机械共振反馈信号来将机械响应频率驱动至检测质量块组件的机械共振；由电路使用调制光信号生成冷却反馈信号，以对应于总回路增益为零且相位差为180度的调制光信号的热噪声信号；以及由电路使用调制光信号生成机械共振反馈信号，以将调制光信号的机械响应频率驱动至机械共振。

在另一个示例中，用于调制光信号以降低热噪声并跟踪检测质量块组件的机械共振的光机械系统包括被配置用于发射光信号的发光装置、检测质量块组件和电路。该电路被配置用于：从发光装置接收光信号；调制光信号以移除热噪声并使用冷却反馈信号和机械共振反馈信号将机械响应频率驱动至检测质量块组件的机械共振；使用调制光信号来生成冷却反馈信号以对应于总回路增益为零且相位差为180度的调制光信号的热噪声信号；并且使用调制光信号生成机械共振反馈信号以将调制光信号的机械响应频率驱动至机械共振。

本发明内容旨在提供本公开中描述的主题的概述。不旨在提供以下附图和说明书中详细描述的系统、装置和方法的排他性或详尽的说明。本公开的一个或多个示例的另外的细节在以下附图和说明书中阐述。其他特征、目的和优点将从描述和附图以及从权利要求书中显而易见。

附图说明

图1是示出根据本公开的一种或多种技术的电光机械系统的框图。

图2是更详细地示出根据本公开的一种或多种技术的图1的电路的框图。

图3示出了根据本公开的一种或多种技术的包括通过第一双端音叉(DETF)结构、第二DETF结构和一组拴系件来悬置在框架内的检测质量块的图1的检测质量块组件的概念图。

图4示出了根据本公开的一种或多种技术的图1的加速度计系统的概念图。

图5示出了根据本公开的一种或多种技术的图1的加速度计系统的附加方面。

图6是示出根据本公开的一种或多种技术的用于冷却光机械装置的机械温度的示例性过程的概念图。

图7是示出根据本公开的一种或多种技术的用于冷却光机械装置的机械温度的示例性结果的概念图。

图8是示出根据本公开的一种或多种技术的用于冷却光机械装置的机械温度的示例性过程的流程图。

类似的参考字符在整个说明书和附图中表示类似的元件。

具体实施方式

本公开描述了用于冷却光机械装置以减轻热噪声的影响的装置、系统和技术。例如，光机械装置可包括电光机械系统，该电光机械系统被配置成精确测量非常高的加速度值(例如，最高至500,000米每二次方秒(m/s²))。电光机械系统可使用电信号、光信号和机械信号的组合来确定物体的加速度。

光机械装置可被配置成实时地或近似实时地测量物体的加速度、速度、振动等，使得处理电路可分析物体在一个时间段内的加速度、速度、振动等，以确定该物体在该时间段期间的位置位移。例如，光机械装置可以是惯性导航系统(INS)的一部分，该惯性导航系统用于至少部分地基于物体的加速度来跟踪该物体的位置。另外，光机械装置可位于物体上或物体内，使得光机械装置与物体一起加速、移动、振动等。因此，当物体加速、移动、振动等时，光机械装置(包括检测质量块)与物体一起加速、移动、振动等。在一些示例中，由于随时间推移的加速度为随时间推移的速度的导数，并且随时间推移的速度为随时间推移的位置的导数，因此在一些情况下，处理电路可被配置成通过在一个时间段内执行物体的加速度的二重积分来确定物体的位置位移。使用定位在物体上的加速度计系统而不使用与物体分离的导航系统(例如，全球定位系统(GPS))来确定物体的位置可被称为“航位推测”。

光机械装置可被配置成实现高水平的灵敏度，以便提高加速度、速度、振动等值的准确性。高灵敏度可使得光机械装置能够检测到非常小的加速度、速度、振动等值，检测到加速度、速度、振动等值的非常小的变化，检测到大范围的加速度、速度、振动等值，或它们的任何组合。另外，在物体正经历高水平的加速度、速度、振动等的同时，光机械装置可被配置成准确地确定物体的加速度、速度、振动等。这样，光机械装置可被配置成使INS能够在物体的加速度、速度、振动等的量值非常高时准确地跟踪物体的位置。

在一些示例中，光机械装置可包括微机电系统(MEMS)加速度计，该加速计包括发光装置、电路以及包括通过双端音叉(DETF)结构悬置在框架内的检测质量块的检测质量块组件。在一些示例中，光机械装置可包括单端音叉或另一种结构。

在一些示例中，DETF结构可被配置成承载光信号。另外，光信号可在该DETF结构中引起机械振动。在一些情况下，加速度导致检测质量块相对于框架发生位移，该位移影响对应于DETF结构的机械振动频率(机械共振频率)。这样，在加速度和DETF结构的机械振动频率之间可存在数学关系。因此，可利用该数学关系来确定加速度。在一些示例中，加速度计装置使用光信号和电信号的组合来测量对应于DETF结构的机械振动频率，并且基于该机械振动频率来计算加速度。

例如，处理电路可被配置为使用电光调制器(EOM)来调制由发光装置发射出的光信号。调制光信号通过检测质量块组件的DETF结构传播，从而在DETF结构中引起机械振动。另外，该机械振动还调制该调制光信号，使得在该调制光信号穿过DETF结构之后，该DETF结构的机械振动频率被反映在该调制光信号中。该调制光信号到达光接收器，该光接收器将调制光信号转换为电信号。另外，在产生电信号时，光接收器可保留调制光信号的属性(例如，保持DETF结构的机械振动频率)。这样，电路可处理电信号并分析经处理的电信号以确定DETF结构的机械振动频率。基于该机械振动频率，处理电路可确定承载加速度计系统的物体的加速度。

该光机械装置可采用正反馈回路来简化测量物体加速度的方式。例如，电路可将经处理的电信号引导到EOM，该EOM基于该经处理的电信号来调制由发光装置发射的光信号。这样，输入检测质量块组件的光信号至少部分地取决于从检测质量块组件输出到电路的光信号。通过使用正反馈回路，加速度计系统可提高电路计算加速度的效率(例如，减少计算加速度所需的步骤数)。例如，为了计算加速度值，处理电路可从DETF结构的机械振动频率中减去基线频率值以获得频率差值。在一些情况下，基线频率值可表示当检测质量块未沿检测质量块位移轴线位移时(即，加速度为0m/s²)DETF结构的机械振动频率。在一些示例中，频率差值与加速度相关，使得处理电路能够使用该相关性基于频率差值来确定加速度。因此，正反馈回路可确保需要少量计算步骤来确定加速度。

然而，在室温下，热噪声可通过引起检测质量块组件(例如，DETF结构)的机械频率的不稳定性(例如，随机波动)来限制性能。该不稳定性可限制加速度计装置的最终本底噪声(并因此影响性能)。因此，本公开描述了一种冷却反馈回路，该冷却反馈回路施用与由温度引起的噪声波动存在180度相差的冷却反馈以减轻热噪声对检测质量块组件(例如，DETF结构)的影响。尽管相对于加速度讨论了前述示例，但是光机械装置可被配置用于确定速度、振动或另外的参数。

尽管相对于示例性加速度计描述了光机械装置的示例，但是本文所述的用于冷却热噪声的技术可应用于被配置用于测量各种参数的光机械装置，该各种参数包括但不限于加速度、速度、振动和其他参数。此外，尽管相对于包括DETF结构的示例性检测质量块组件描述了光机械装置的示例，但也可使用其他结构，例如但不限于单端音叉结构或另一种结构。

图1是示出根据本公开的一种或多种技术的电光机械系统10的框图。图1仅为可利用本公开的技术的一个非限制性示例性系统架构。如图1所示，系统10包括发光装置12、电路14、检测质量块组件16和外壳32。另外，在图1所示的示例中，电路14包括电光调制器(EOM)22A、22B(统称为“EOM 22”)，光接收器24A、24B(统称为“光接收器24”)，反馈单元26A、26B(统称为“反馈单元26”)，频率计数器28A、28B(统称为“频率计数器28”)和处理电路30。虽然图1的示例包括两个EOM、两个光接收器和两个频率计数器，但在一些示例中，电光机械系统可仅包括一个EOM、一个光接收器和一个频率计数器或者可包括多于两个EOM、两个光接收器和两个频率计数器。

在图1的示例中，发光装置12、检测质量块组件16、EOM 22A、光接收器24A、反馈单元26A和频率计数器28A形成第一正反馈回路。另外，在图1的示例中，发光装置12、检测质量块组件16、EOM 22B、光接收器24B、反馈单元26B和频率计数器28B形成第二正反馈回路。在一些示例中，可省略第二正反馈回路。

在一些示例中，系统10可被配置用于基于所测量的检测质量块组件的音叉结构的振动频率来确定与物体(在图1中未示出)相关联的加速度。例如，系统10可被配置用于基于所测量的一组双端音叉(DETF)结构的振动频率来确定与物体(在图1中未示出)相关联的加速度，该组DETF结构悬置检测质量块组件16的检测质量块，其中该DETF结构的振动由通过发光装置12发射的光信号引起。在一些示例中，第一正反馈回路生成表示第一DETF结构的振动频率的第一频率值，并且第二正反馈回路生成表示第二DETF结构的振动频率的第二频率值。基于第一振动频率和第二振动频率，系统10可分别确定第一加速度值和第二加速度值。在一些示例中，系统10基于第一加速度值和第二加速度值来确定物体的加速度。在一些示例中，系统10仅基于第一加速度值来确定物体的加速度(例如，省略第二正反馈回路)。在一些示例中，系统10仅基于第二加速度值来确定物体的加速度(例如，省略第一正反馈回路)。

在一些情况下，发光装置12可包括被配置成发射光子的激光装置。在一些示例中，发光装置12以介于0.1微瓦(μW)至100μW之间的范围内的光学功率来发射光子。在一些示例中，发光装置12为包括激光二极管的半导体激光器。

在一些示例中，电路14可包括用于处理并分析由光接收器24接收的电信号的一组电子部件。下面进一步详细描述电路14的部件。

EOM 22可表示被配置成基于由电路14产生并处理的电信号来调制由发光装置12发射的光信号的光学装置。例如，EOM 22A可包括一组晶体(例如，铌酸锂晶体)，其中该组晶体的折射率随着邻近该组晶体的电场而变化。晶体的折射率可确定EOM 22A调制光信号的方式。例如，EOM22A的晶体可接收来自发光装置12的光信号，同时EOM 22A也正接收来自电路14的反馈单元26A的电信号。因此，电信号可影响邻近EOM 22A的晶体的电场，从而使得EOM 22A调制光信号。在一些示例中，EOM22A通过使用电信号调制晶体的折射率来调制光信号。在一些情况下，EOM 22A可将调制光信号发送到检测质量块组件16。在一些示例中，EOM22B基本上类似于EOM 22A，其中EOM 22B由来自反馈单元26B的电信号控制。

光接收器24可各自包括被配置成吸收光信号的光子并响应于吸收光子而输出电信号的一个或多个晶体管。这样，光接收器24可被配置成将光信号转换为电信号。例如，光接收器24A可包括p-n结，该p-n结将光信号的光子转换为电信号，其***号保留光信号的至少一些参数。响应于光接收器24A接收光信号，与光信号相关联的一个或多个频率值和强度值可以反映在由光接收器24A产生的电信号中。例如，响应于接收较强(例如，较大功率)的光信号，光接收器24A可产生较强的电信号(例如，较大电流量值)。另外，在一些情况下，光接收器24A可产生电信号以反映对应于所接收的光信号的一个或多个频率值。换句话讲，处理电路(例如，处理电路30)可分析电信号以确定对应于光信号的一个或多个频率值。光接收器24A可包括半导体材料，诸如砷化铟镓、硅、碳化硅、氮化硅、氮化镓、锗或硫化铅的任何组合。在一些示例中，光接收器24B基本上类似于光接收器24A。

反馈单元26可各自包括用于处理电信号的一组电路部件。在一些示例中，包括在反馈单元26A中的该组电路部件可包括带通滤波器、移相器、电子放大器和电压限制器的任何组合。此类部件可处理或滤波电信号，使得可更有效地测量电信号的某些方面(例如，频率值或强度值)。在图1的示例中，反馈单元26A可从光接收器24A接收电信号并将经处理的电信号输出到EOM 22A和频率计数器28A。这样，反馈单元26A通过处理电信号来充当第一正反馈回路的一部分，EOM 22A使用该电信号来调制由发光装置12发射的光信号，其中调制光信号在返回电路14由反馈单元26A处理之前穿过检测质量块组件16。反馈单元26B可基本上类似于反馈单元26A，因为反馈单元26B从光接收器24B接收电信号，并且将经处理的电信号递送到频率计数器28B和EOM 22B。因此，反馈单元26B以类似于反馈单元26A在第一反馈回路内操作的方式在第二反馈回路内操作。同样，可省略反馈单元26B。

反馈单元26可各自包括冷却反馈回路，该冷却反馈回路施用与由温度引起的噪声波动存在180度相差的冷却反馈以减轻热噪声对检测质量块组件16的影响。例如，反馈单元26A可包括与由温度引起的噪声波动存在180度相差的冷却反馈，以减轻热噪声对检测质量块组件16的影响。在其中包括反馈单元26A的示例中，反馈单元26B可包括与由温度引起的噪声波动存在180度相差的冷却反馈，以减轻热噪声对检测质量块组件16的影响。

频率计数器28为各自被配置成用于测量电信号的频率的电路部件。例如，频率计数器28A可确定对应于由反馈单元26A产生的经处理的电信号的一个或多个频率值。频率计数器28A可实时地或近似实时地测量对应于该经处理的电信号的频率值，使得频率计数器28A跟踪随着时间变化的频率值。频率计数器28B可基本上类似于频率计数器28A，不同的是频率计数器28B从反馈单元26B而不是从反馈单元26A接收电信号。

处理电路30和电路14通常可包括被配置成实现用于在系统10内执行的功能和/或处理指令的一个或多个处理器。例如，处理电路30能够处理存储在存储装置(在图1中未示出)中的指令。处理电路30可包括例如微处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或者等效的离散或集成逻辑电路或者前述任何装置或电路的组合。因此，处理电路30可包括任何合适的结构，无论是在硬件、软件、固件，或它们的任何组合中，以执行本文赋予处理电路30的功能。处理电路30和电路14可包括仅模拟电路、仅数字电路、或模拟电路和数字电路的组合。术语“处理器”或“处理电路”通常可以指单独地或与其他逻辑电路组合的前述模拟电路和/或数字电路中的任一个，或任何其他等效电路。

检测质量块组件16可包括检测质量块、框架、一组拴系件和一组DETF结构。在一些示例中，检测质量块通过该组拴系件和该组DETF结构悬置在框架内。例如，检测质量块组件16可包括一组DETF结构，该组DETF结构可相对于框架以第一方向悬置检测质量块。另外，该组拴系件可相对于框架以第二方向和第三方向悬置检测质量块。第一方向、第二方向和第三方向可表示笛卡尔空间的三个轴线(例如，x轴线、y轴线和z轴线)。在一些情况下，该组DETF结构使得检测质量块能够以第一方向位移。另外，在一些情况下，该组拴系件防止检测质量块以第二方向和第三方向位移。这样，质量块组件16可仅允许检测质量块沿单个轴线(例如，位移轴线)位移。由于检测质量块的位移可确定由电路14测量的加速度，因此系统10可被配置成确定相对于位移轴线的加速度。

在一些示例中，第一正反馈回路(例如，装置12、检测质量块组件16、EOM 22A、光接收器24A、反馈单元26A和频率计数器28A)和第二正反馈回路(例如，发光装置12、检测质量块组件16、EOM 22B、光接收器24B、反馈单元26B和频率计数器28B)被配置用于独立地确定表示包括系统10的物体的加速度的加速度值。例如，发光装置12可发射光信号，EOM 22A可调制光信号以获得第一调制光信号，并且EOM 22A可将第一调制光信号发送到检测质量块组件16。光接收器24A可从检测质量块组件16接收第一调制光信号，其中由光接收器24A接收的第一调制光信号的属性可能受到检测质量块组件16的第一DETF结构的机械振动的影响。光接收器24A将第一调制光信号转换为第一电信号，并且将该第一电信号发送到反馈单元26A。

在一些示例中，反馈单元26A处理第一电信号以获得第一经处理的电信号。例如，反馈单元26A可使用第一带通滤波器、第一移相器、第一电子放大器和第一电压限制器的任何组合来处理第一电信号。频率计数器28A可接收第一经处理的电信号并确定对应于该第一经处理的电信号的第一频率值。在一些情况下，第一频率值表示检测质量块组件16的第一DETF结构的机械振动频率，该第一DETF结构承载最终由光接收器24A接收的第一调制光信号。

除了将第一经处理的电信号发送到频率计数器28A之外，反馈单元26A还可将该第一经处理的电信号发送到EOM 22A。继而，EOM 22A可基于第一经处理的电信号来调制由发光装置12发射的光信号，其中第一调制光信号经由检测质量块组件16的第一DETF结构发送到光接收器24A，从而完成第一正反馈回路。因此，第一DETF结构的未来机械振动频率至少部分地取决于该第一DETF结构的当前机械振动频率。

另外，在一些示例中，第二正反馈回路可确定第二频率值。例如，发光装置12可发射光信号，EOM 22B可调制光信号以获得第二调制光信号，并且EOM 22B可将第二调制光信号发送到检测质量块组件16。光接收器24B可从检测质量块组件16接收第二调制光信号，其中由光接收器24B接收的第二调制光信号的属性可能受到检测质量块组件16的第二DETF结构的机械振动的影响。光接收器24B将第二调制光信号转换为第二电信号，并且将该第二电信号发送到反馈单元26B。

在一些示例中，反馈单元26B处理第二电信号以获得第二经处理的电信号。例如，反馈单元26B可使用第二带通滤波器、第二移相器、第二电子放大器和第二电压限制器的任何组合来处理第二电信号。频率计数器28B可接收第二经处理的电信号并确定对应于该第二经处理的电信号的第二频率值。在一些情况下，第二频率值表示检测质量块组件16的第二DETF结构的机械振动频率，该第二DETF结构承载最终由光接收器24B接收的第二调制光信号。

除了将第二经处理的电信号发送到频率计数器28B之外，反馈单元26B还可将该第二经处理的电信号发送到EOM 22B。继而，EOM 22B可基于第二经处理的电信号来调制由发光装置12发射的光信号，其中第二调制光信号经由检测质量块组件16的第二DETF结构发送到光接收器24B，从而完成第二正反馈回路。因此，第二DETF结构的未来机械振动频率至少部分地取决于该第二DETF结构的当前机械振动频率。

处理电路30可被配置成基于第一频率值来计算第一加速度值。在一些示例中，为了计算第一加速度值，处理电路30可从第一频率值中减去基线频率值以获得第一频率差值。该基线频率值可表示当检测质量块未沿检测质量块位移轴线从静止点位移时检测质量块组件16的第一DETF结构的共振机械频率。换句话讲，当检测质量块未沿检测质量块位移轴线从静止点位移时，由EOM 22A发射的调制光信号可引起第一DETF结构以该基线频率值振动。因此，当物体未在加速时，第一频率差值可等于零，因为表示第一DETF结构的机械频率的第一加速度值等于当检测质量块未位移(例如，承载系统10的物体未在加速)时的基线频率值。在一些示例中，第一频率差值可与物体的加速度相关。换句话讲，第一频率差值量值的增大可指示物体加速度的增大，并且第一频率差值量值的减小可指示物体加速度的减小。

另外，处理电路30可被配置成基于第二加速度值来计算第二加速度值。在一些示例中，为了计算第二加速度值，处理电路30可从第二频率值中减去基线频率值以获得第二频率差值。在一些示例中，第二频率差值可与物体的加速度相关。换句话讲，第二频率差值量值的增大可指示物体加速度的增大，并且第二频率差值量值的减小可指示物体加速度的减小。在一些情况下，由处理电路30计算的第一加速度值和第二加速度值可近似相等。

在一些示例中，系统10包括作为自振荡电光机械振荡器的光学机械振梁加速度计。两对纳米级电介质梁可形成将薄膜检测质量块刚性地锚定到框架的一对DETF结构。该对DETF结构的每个DETF结构可具有光学共振，该光学共振具有在包含0.05纳米(nm)和1nm限定的范围内(例如，0.1nm)的光谱宽度。在一些示例中，DETF结构可由通过发光装置12发射的光信号激励并驱动，其中该光信号经由波导耦合到DETF结构的光学有源部分。由幅值调制光信号驱动的DETF结构的机械运动可对光信号具有交互影响，因为机械运动调制光信号。换句话讲，光信号既可以引发DETF结构中的机械振动，又可以测量对应于由光信号引起的振动的DETF结构的机械振动频率。

光信号可从DETF结构外耦合。在一些示例中，脱离DETF结构来反射激光场。在一些示例中，光信号在发送中穿过DETF结构并且光信号以合适的带宽入射在光接收器24上以检测在光信号的调制频率下的交流电流(AC)光电流。由光接收器24产生的电信号可由反馈电子器件调节(例如，被滤波、被放大、被移相并且受电压限制)，并且该电信号被输出到EOM22的相应驱动端口以调制光信号。这样，系统10可以机械共振频率(例如，1.33兆赫(MHz))在具有0度相位偏移和0dB往返信号增益的正反馈标准条件下实现闭合回路电光机械自振荡。系统10经历的加速度可导致检测质量块组件16的检测质量块的微小位移，从而在DETF结构中生成使DETF结构的机械共振频率偏移的应力，该应力相对于拉伸应力较高，相对于压缩应力较低。因此，可通过使用频率计数器28对相应电信号的频率进行计数来监测每个DETF结构的瞬时频率。为了生成加速度值，在一些示例中，处理电路30可将比例因子施用于所测量的DETF结构的机械振动频率的频率偏移。

图2是更详细地示出根据本公开的一种或多种技术的图1的电路14的框图。如图1所示，电路14包括EOM 22、光接收器24、反馈单元26、频率计数器28和处理电路30。反馈单元26可各自包括带通滤波器40A、40B(统称为“带通滤波器40”)、移相器42A、42B(统称为“移相器42”)、电子放大器44A、44B(统称为“电子放大器44”)、冷却器45A、45B(统称为“冷却器45”)和驱动器47A、47B(统称为“驱动器47”)。第一反馈回路包括带通滤波器40A、移相器42A、电子放大器44A、冷却器45A和驱动器47A。第二反馈回路包括带通滤波器40B、移相器42B、电子放大器44B、冷却器45B和驱动器47B。

电路14可被配置用于：从检测质量块组件16接收调制光信号；将该光信号转换为电信号；处理该电信号；分析经处理的电信号以确定加速度值；并且使用经处理的电信号来调制光信号，从而完成第一反馈回路和第二反馈回路。例如，光接收器24A可从检测质量块组件16的第一DETF结构接收第一调制光信号。第一调制光信号可包括与第一DETF结构本身相关的频率分量，诸如第一DETF结构的振动频率。光接收器24A可将第一调制光信号转换为第一电信号，从而保留指示用于冷却器45A的第一DETF结构的振动频率和用于驱动器47A的第二电信号的频率分量。光接收器24A可将第一电信号和第二电信号发送至反馈单元26A，该反馈单元包括带通滤波器40A、移相器42A、电子放大器44A、冷却器45A和驱动器47A。

带通滤波器40A可以为使频率范围之外的频率衰减并且使频率范围内的频率“通过”的电子滤波器。在一些示例中，带通滤波器40A包括无源滤波器、有源滤波器、无限脉冲响应(IIR)滤波器、有限脉冲响应(FIR)滤波器、巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器、椭圆滤波器、贝塞尔滤波器、高斯滤波器、勒让德滤波器或林克威治-瑞利滤波器的任何组合。在一些示例中，带通滤波器40A包括通过高于高通截止点的频率的高通滤波器和通过低于低通截止点的频率的低通滤波器的组合。在一些情况下，带通滤波器40A通过介于100千赫兹(kHz)和10,000kHz之间的范围内的频率。

移相器42A可被配置成偏移第一电信号和第二电信号的相位。相位可被表征为周期波形的波形周期上的瞬时位置。例如，第一电信号可包括表示第一电信号的频率分量的周期波形。正弦波的最大峰例如可处于与正弦波的最小峰或零交叉不同的相位。在一些示例中，移相器42A可将第一电信号“延迟”一定时间值，以便偏移其中第一电信号的频率分量振荡的时间轴，并且将第二电信号延迟一定时间值，以便偏移其中第二电信号的频率分量振荡的时间轴。

电子放大器44A可放大第一电信号和/或第二电信号，使得第一电信号的振幅被增益因数增大。换句话讲，电子放大器44A可增大第一电信号和第二电信号的功率。通过使用电子放大器44A放大第一电信号和第二电信号，电路14可改善处理电路30分析第一电信号和第二电信号的能力，并使用EOM 22A来调制由发光装置12发射的光信号。

在一些情况下，电子放大器44A可包括功率放大器、运算放大器或晶体管放大器或它们的任何组合。另外，在一些示例中，电子放大器44A被配置成将第一电信号和第二电信号的电压限制为最大电压值。换句话讲，电子放大器44A可防止第一电信号和第二电信号超过最大电压值，这意味着由反馈单元26A产生的第一经处理的电信号和第二经处理的电信号可不超过最大电压值。

在一些示例中，第一电信号和第二电信号能够以从带通滤波器40A到移相器42A，再到电子放大器44A，然后到冷却器45A和驱动器47A的顺序穿过反馈单元26A，如图1所示。然而，图1所示的次序不是限制性的。带通滤波器40A、移相器42A和电子放大器44A可被布置为以任何次序处理第一电信号和第二电信号。

冷却器45A可被配置用于使EOM 22A施用与由温度引起的噪声波动存在180度相差的冷却反馈，以减轻热噪声对检测质量块组件16的影响。例如，冷却器45A可被配置用于生成使EOM 22A消除20dB的光信号的冷却反馈信号。例如，冷却器45A可生成冷却反馈信号以施用与噪声波动存在180度相差的0dB增益。

驱动器47A可被配置成使EOM 22A将光信号驱动至检测质量块组件16的机械共振。例如，驱动器47A可被配置成生成机械共振反馈信号，该机械共振反馈信号使EOM 22A在检测质量块组件16的机械共振附近或其处操作。例如，驱动器47A可使用设置为检测质量块组件16的机械共振的信号发生器来生成机械共振反馈信号。

反馈单元26A可将第一经处理的电信号发送至频率计数器28A。频率计数器28A可确定第一频率值，并且处理电路30可基于该第一频率值确定第一加速度值。另外，反馈单元26A可组合第一经处理的电信号和第二经处理的电信号并将其发送至EOM 22A，并且EOM22A可基于第一经处理的电信号和第二经处理的电信号来调制由发光装置12发射的光信号。这样，检测质量块组件16、光接收器24A、带通滤波器40A、移相器42A、电子放大器44A、冷却器45A、驱动器47A、EOM 22A和频率计数器28A为第一正反馈回路的产生与包括系统10的物体相关联的第一加速度值的部分。

反馈单元26B的部件(例如，带通滤波器40B、移相器42BN、电子放大器44B、冷却器45B和驱动器47B)可基本上类似于反馈单元26A的相应部件。因此，第二正反馈回路可基本上类似于第一正反馈回路。

图3示出了根据本公开的一种或多种技术的包括通过第一DETF结构54、第二DETF结构58和一组拴系件62A–62R悬置在框架52内的检测质量块50的检测质量块组件16的概念图。如图3所示，检测质量块组件16包括检测质量块50，框架52，包括第一对机械梁56A、56B(统称为“第一对机械梁56”)的第一DETF结构54，包括第二对机械梁60A、60B(统称为“第二对机械梁60”)的第二DETF结构58、拴系件62A至62R(统称为“拴系件62”)，第一远侧尖齿64和第二远侧尖齿68。检测质量块组件16相对于检测质量块位移轴线72和检测质量块静止平面74对准，如图3所示。

检测质量块组件16为电光机械系统10的机械部件。由于系统10测量加速度，该加速度为物体的速度随时间推移而变化的速率，因此包括检测质量块组件16可能是有益的，使得可基于物理物体诸如检测质量块50来测量加速度。例如，包括检测质量块组件16的系统10可被固定到或包括在物体内。因此，当物体以一个加速度值加速时，检测质量块组件16也可以该加速度值加速。加速度可影响检测质量块50在框架52内相对于检测质量块位移轴线72和检测质量块静止平面74的位置。例如，非零加速度可导致检测质量块50沿检测质量块位移轴线72从检测质量块静止平面74位移。如本文所述，如果检测质量块50“位移”，则检测质量块50的质量块中心相对于框架52位移。增大加速度量值可导致检测质量块50沿检测质量块位移轴线72的位移增大。另外，减小加速度量值可导致检测质量块50沿检测质量块位移轴线72的位移减小。

在一些示例中，检测质量块50采取图案化薄膜的形式，其中该薄膜具有介于100纳克(ng)和10,000ng之间的范围内的质量。另外，在一些情况下，薄膜具有介于1nm和5,000nm之间的范围内的厚度。检测质量块50可通过第一DETF结构54和第二DETF结构58(统称为“DETF结构54、58”)沿检测质量块位移轴线72悬置在框架52内。第一DETF结构54和第二DETF结构58可各自具有高水平的刚度。例如，第一DETF结构54和第二DETF结构58中的每一者的比例因子可介于百万分之0.1每克(ppm/g)和10ppm/g之间的范围内。这样，检测质量块组件16可包括由非常刚性的DTEF结构54、58固定的非常轻的检测质量块50。因此，非常高的加速度(例如100,000m/s²)可导致检测质量块50沿检测质量块位移轴线72位移例如非常小的位移值。在一些示例中，检测质量块50沿检测质量块位移轴线72位移最高至100nm的位移值。

为了生成指示系统10所固定到的物体的加速度的加速度值，系统10可使用光信号来量化检测质量块50在框架52内的位移。为了量化检测质量块50的位移，系统10可测量并分析DETF结构54、58的机械属性，诸如对应于DETF结构54、58的机械振动频率值。实际上，由于DETF结构54、58悬置检测质量块50，所以DETF结构54、58的机械振动频率可由于检测质量块50的位移而受到影响。例如，检测质量块50朝向第一DETF结构54并远离第二DETF结构58的位移可导致检测质量块50向第一DETF结构54施加压缩力并且向第二DETF结构58施加张力。此类压缩力可导致第一DETF结构54的机械振动频率减小，并且此类张力可导致第二DETF结构58的机械振动力增大。在一些示例中，DETF结构54、58的机械振动频率的变化可与检测质量块50相对于框架52以检测质量块位移轴线72的方向的位移成比例。在一些示例中，系统10可通过经由DETF结构54、58发送调制光信号来测量DETF结构54、58的机械振动频率的变化。

第一DETF结构54可包括例如由间隙隔开的第一对机械梁56。该第一对机械梁56可包括光子晶体机械梁，该光子晶体机械梁被配置成用于在第一DETF结构54以第一机械振动频率振荡时承载第一调制光信号。在一些情况下，第一调制光信号由发光装置12(如图1所示)发射，并且该第一调制光信号本身在第一DETF结构54中引起振动。另外，第一DETF结构54的振动可影响第一调制光信号的某些属性，使得第一DETF结构54的机械振动频率被反映在该第一调制光信号中。这样，第一调制光信号可导致第一DETF结构54中的机械振动，并且使得系统10能够基于该第一调制光信号来测量第一DETF结构54的机械振动频率。

另外，第二DETF结构58可包括例如由间隙隔开的第二对机械梁60。该第二对机械梁60可包括光子晶体机械梁，该光子晶体机械梁被配置成用于在第二DETF结构58以第二机械振动频率振荡时承载第二调制光信号。在一些情况下，第二调制光信号由发光装置12(如图1所示)发射，并且该第二调制光信号本身在第二DETF结构58中引起振动。另外，第二DETF结构58的振动可影响第二调制光信号的某些属性，使得第二DETF结构58的机械振动频率被反映在该第二调制光信号中。这样，第二调制光信号可导致机械振动在第二DETF结构58中发生，并且使得系统10能够基于该第二调制光信号来测量第二DETF结构58的机械振动频率。

检测质量块50可通过拴系件62固定到框架52。在一些示例中，拴系件62可将检测质量块50悬置在检测质量块静止平面74中，使得检测质量块50的质量块中心不在检测质量块静止平面74内相对于框架52移动。检测质量块位移轴线72可表示笛卡尔空间的单个轴线(例如，x轴线)，并且检测质量块静止平面74可表示笛卡尔空间的两个轴线(例如，y轴线和z轴线)。由于拴系件62可限制检测质量块50相对于检测质量块静止平面74位移，所以在一些示例中，检测质量块50可仅沿检测质量块位移轴线72位移。系统10可基于DETF结构54、58的机械振动频率来测量加速度，其中该机械振动频率与检测质量块50沿检测质量块位移轴线72的位移量相关。这样，由系统10确定的加速度可以为相对于检测质量块位移轴线72的加速度。

第一DETF结构54可包括邻近检测质量块50的近侧端部和通过第一间隙66与框架52分离的远侧端部。第一远侧尖齿64可有助于将第一DETF结构54悬置在框架52内，使得第一DETF结构54垂直于检测质量块静止平面74。在一些示例中，第一远侧尖齿64垂直于框架52的两个侧壁之间的检测质量块位移轴线72延伸。光信号可经由第一光纤(在图3中未示出)行进穿过框架52，该光信号跨过第一间隙66耦合到第一DETF结构54。

第二DETF结构58可包括邻近检测质量块50的近侧端部和通过第二间隙70与框架52分离的远侧端部。第二远侧尖齿68可有助于将第一DETF结构58悬置在框架52内，使得第二DETF结构58垂直于检测质量块静止平面74。在一些示例中，第二远侧尖齿68垂直于框架52的两个侧壁之间的检测质量块位移轴线72延伸。光信号可经由第二光纤(在图3中未示出)行进穿过框架52，该光信号跨过第二间隙70耦合到第二DETF结构58。

图4示出了根据本公开的一种或多种技术的系统10的概念图。图4的概念图包括发光装置12、电路14的部件和检测质量块组件16。

在一些示例中，物体可固定到系统10。在一些情况下，该物体可加速。包括检测质量块组件16的系统10可与物体一起加速。当检测质量块组件16加速时，检测质量块50可相对于框架52位移。在图4所示的示例中，如果检测质量块组件16以方向78加速，则检测质量块50以方向78位移。在一些示例中，方向78与检测质量块位移轴线(例如，图3的检测质量块轴线72)对准。当检测质量块50相对于框架52以方向78位移时，检测质量块50向第一DETF结构54施加压缩力，并且检测质量块50向第二DETF结构58施加张力。此类力可影响DETF结构54、58的机械振动频率，其中电光调制器22A和电光调制器22B分别在第一DETF结构54和第二DETF结构58中引起机械振动。例如，施加到第一DETF结构54的压缩力可导致第一DETF结构54的机械振动频率减小，并且施加到第二DETF结构58的张力可导致第二DETF结构58的机械振动频率增大。

发光装置12可向EOM 22发射光信号。继而，EOM 22A和EOM 22B可根据分别由反馈单元26A产生的第一经处理的电信号和由反馈单元26B产生的第二经处理的电信号来调制光信号。因此，EOM 22A可产生第一调制光信号并且EOM 22B可产生第二调制光信号。例如，EOM 22A可将第一调制光信号发送到检测质量块组件16。第一调制光信号可跨过框架52。在一些示例中，框架52包括孔或由允许第一调制光信号通过的第一光纤桥接的另一个开口。另外，第一调制光信号可跨过第一间隙66耦合到第一DETF结构54。第一调制光信号可通过第一DETF结构54传播，从而在第一DETF结构54中引起机械振动。在一些示例中，第一调制光信号沿机械梁56A朝向检测质量块50传播第一DETF结构54的长度，并且随后沿机械梁56B远离检测质量块50传播第一DETF结构54的长度。在一些示例中，第一调制光信号沿机械梁56B朝向检测质量块50传播第一DETF结构54的长度，并且随后沿机械梁56A远离检测质量块50传播第一DETF结构54的长度。在任何情况下，通过传播第一DETF结构54的长度，第一调制光信号可保持指示第一DETF结构54的机械属性(例如，机械振动频率)的信息。在第一调制光信号通过第一DETF结构54传播之后，第一调制光信号可经由第一间隙66和框架52的第一光纤离开检测质量块组件16。

在离开检测质量块组件16之后，可包括热噪声的第一调制光信号可到达光接收器24A。光接收器24A将第一调制光信号转换为用于冷却热噪声的第一电信号和用于将EOM22A驱动至检测质量块组件16的机械共振的第二电信号。频率计数器28A可确定对应于该第一经处理的电信号的第一频率值，其中该第一频率值指示第一DETF结构54的机械振动频率。处理电路30可从第一频率值中减去基线频率值以获得第一频率差值，并且基于该第一频率差值计算第一加速度值。EOM 22A可使用第一经处理的电信号来调制由发光装置12发射的光信号。

例如，EOM 22B可将第二调制光信号发送到检测质量块组件16。第二调制光信号可跨过框架52。在一些示例中，框架52包括孔或由允许第二调制光信号通过的第二光纤桥接的另一个开口。另外，第二调制光信号可跨过第二间隙70耦合到第二DETF结构58。第二调制光信号可通过第二DETF结构58传播，从而在第二DETF结构58中引起机械振动。在一些示例中，第二调制光信号沿机械梁60A朝向检测质量块50传播第二DETF结构58的长度，并且随后沿机械梁60B远离检测质量块50传播第二DETF结构58的长度。在一些示例中，第二调制光信号沿机械梁60B朝向检测质量块50传播第二DETF结构58的长度，并且随后沿机械梁60A远离检测质量块50传播第二DETF结构58的长度。在任何情况下，通过传播第二DETF结构58的长度，第二调制光信号可保持指示第二DETF结构58的机械属性(例如，机械振动频率)的信息。在第二调制光信号通过第二DETF结构58传播之后，第二调制光信号可经由第二间隙70和框架52的第二光纤离开检测质量块组件16。

在离开检测质量块组件16之后，第二调制光信号(其可包括热噪声)可到达光接收器24B。光接收器24B将第二调制光信号转换为用于冷却热噪声的第一电信号和用于将EOM22B驱动至检测质量块组件16的机械共振的第二电信号。频率计数器28B可确定对应于该第二经处理的电信号的第二频率值，其中该第二频率值指示第二DETF结构58的机械振动频率。处理电路30可从第二频率值中减去基线频率值以获得第二频率差值，并且基于该第二频率差值计算第二加速度值。EOM 22B可使用第二经处理的电信号来调制由发光装置12发射的光信号。

图5示出了根据本公开的一种或多种技术的系统10的附加方面。例如，图5示出了包括第一对机械梁56的第一DETF结构54。由发光装置12发射的光信号可在第一对机械梁56之间引起力，并且该力可由弹簧力模拟。图5示出了介于光拉链中的梁之间的激光在介于DETF结构54的光子晶体机械梁56A、56B之间的间隙中提供的弹簧力(502)；光拉链中的梁一起在一个共同方向上的振动模式的透视图图示(504)；以及光“拉链”中的梁在相反的振荡方向上的振动模式的透视图图示(506)。

图6是示出根据本公开的一种或多种技术的用于冷却光机械装置的机械温度的示例性过程的概念图。如图所示，电光机械系统610可包括发光装置612(在本文中也简称为“激光器612”)、强度稳定器680、EOM622、光循环器682、检测质量块组件616(在本文中也称为“拉链”)、光接收器624、反馈单元626和分光器684，该电光机械系统可以为电光机械系统10的示例。如图所示，光接收器624可包括光接收器625(在本文中也称为“光电二极管625”)和光接收器623(在本文中也称为“光电二极管623”)。

发光装置612在检测质量块组件616的光学共振附近提供光(例如，光信号)，该发光装置可以为发光装置12的示例。例如，发光装置612可被配置用于发射具有被驱动至检测质量块组件616的光学共振频率与四分之一的光学共振半峰全宽(FWHM)之和的光学频率的光信号。在一些示例中，发光装置612可被配置用于发射具有被驱动至检测质量块组件616的光学共振频率与四分之一的光学共振FWHM之差的光学频率的光信号。也就是说，能够以ν_opt±Γ/4驱动光学频率，其中ν_opt是光学共振频率，并且Γ是光学共振的FWHM。

强度稳定器680使光强度稳定。例如，强度稳定器680可将由强度稳定器680输出的光信号的光强度调节至预定的光强度值。如图所示，强度稳定器680可包括可变光衰减器671(“VOA 671”)、抽头673、光接收器675(在本文中也称为“光电二极管675”或简称为“PD675”)和强度伺服677。VOA 671可被配置用于基于由强度伺服677输出的电控制信号来使由激光器612输出的光信号的光强度衰减。抽头673可被配置用于在衰减之后分割光信号以继续进入到EOM 622和光电二极管675中。光接收器675生成对由VOA 671衰减后的光信号的光强度的指示。强度伺服677生成被输出来驱动VOA 671的电控制信号，以稳定输出到EOM 622的光信号的光强度。例如，强度伺服677生成被输出来驱动VOA 671的电控制信号，以将输出至EOM 622的光信号的光强度稳定至预定的光强度。

光进入到EOM 622中，该EOM可以为EOM 22A的示例。EOM 622将光信号调制至机械共振，同时使用反馈单元626输出的冷却反馈信号和机械共振反馈信号移除热噪声。在穿过EOM 622之后，该调制光信号进入光循环器682的第一端口(“1”)并从光循环器682的第二端口(“2”)离开以与检测质量块组件616相互作用，并且反射回端口2中，然后从光循环器682的第三端口(“3”)离开。例如，光循环器682的第二端口(“2”)可被配置用于将调制光信号输出至检测质量块组件616并且接收从检测质量块组件616反射的调制光信号。

反馈单元626可从光循环器682的第三端口(“3”)接收由检测质量块组件616反射的调制光信号的输出，并生成用于EOM 622的冷却反馈信号和机械共振反馈信号。如图所示，反馈单元626可包括增益模块688、相位模块690、射频(RF)组合器692、频率伺服和数据采集模块696(在本文中也简称为“频率伺服/数据采集模块696”)和信号发生器698。

分光器684可被配置用于在调制光信号从检测质量块组件616反射之后将调制光信号分割成调制光信号的第一部分和调制光信号的第二部分。在一些示例中，来自分光器684的光的一半由光接收器625用于冷却反馈回路686。例如，反馈单元626可被配置用于使用该调制光信号的第一部分来生成冷却反馈信号。例如，光接收器625可被配置用于将调制光信号的第一部分转换为第一电信号。在一些示例中，反馈单元626可被配置用于使用调制光信号的第二部分来生成机械共振反馈信号。例如，光接收器623可被配置用于将调制光信号的第二部分转换为第二电信号。

在冷却反馈回路686中，增益模块688和相位模块690分别调整来自检测质量块组件616的光的增益和相位，并且RF组合器692将所得的经调整的信号反馈回EOM 622中，以向检测质量块组件616返回施用对应的光学变化。例如，增益模块688可将增益施用于第一电信号。增益模块688所施用的增益可被调谐使得冷却反馈回路686的总回路增益接近0dB。对于反馈冷却，相位模块690调整光的总相位，使得重新施用于检测质量块组件616的光与检测质量块组件616生成的光存在180度相差。例如，相位模块690可将电信号的相位调整为达180度。因此，增益模块688和相位模块690可被配置用于使用调制光信号生成冷却反馈信号，以对应于总回路增益为零且相位差为180度的调制光信号的热噪声信号。这样，当冷却反馈回路686以相反的符号重新施用由检测质量块组件616处的温度引起的噪声波动时，检测质量块组件616变成为自冷却。

虽然冷却反馈回路686降低了检测质量块组件616的“温度”，但冷却反馈回路686可能无法提供足够大的信噪比来读出加速度(例如，通过跟踪机械共振)。为了驱动并测量机械响应频率，窄振荡器可提供附加信号。驱动回路694可包括光接收器24A(在本文中也称为“光电二极管24A”)、频率伺服和数据采集模块696。

频率伺服和数据采集模块696可包括或执行频率计数器28A的一个或多个功能。例如，频率伺服和数据采集模块696可被配置用于使用由光接收器623产生的第二电信号来测量检测质量块组件616的机械共振频率的频率。在一些示例中，在通过频率伺服和数据采集模块696处理光接收器623的输出之前，可例如通过包括带通滤波器40A、移相器42A、电子放大器44A或另一处理部件中的一者或多者来处理该光接收器的输出。

如图所示，频率伺服和数据采集模块696可被配置用于使用所测量的机械共振频率来驱动信号发生器698以在检测质量块组件616的机械共振频率下生成驱动信号。例如，频率伺服和数据采集模块696可被配置用于利用频率伺服缓慢地引导信号发生器698生成用于驱动机械响应频率的机械共振反馈信号。例如，频率伺服和数据采集模块696和信号发生器698可被配置用于使用调制光信号生成机械共振反馈信号，以将调制光信号的机械响应频率驱动至机械共振并测量加速度。在一些示例中，频率伺服和数据采集模块696可被配置用于跟踪机械共振频率以测量加速度。

RF组合器692将由冷却反馈回路686的相位模块690输出的冷却反馈信号与由信号发生器698输出的机械共振反馈信号组合，并将组合的信号注入到EOM 622中。由于增益和相位条件，冷却反馈回路686可有助于消除信号发生器698的驱动输入。然而，通过具有有限的噪声消除(例如，小于15dB的消除、仅20dB的消除等)，信号发生器698可被配置用于生成驱动信号以补偿冷却反馈回路686对驱动的消除。这样，冷却反馈回路686的有限的噪声消除可以在允许非零机械驱动的同时允许大量的噪声降低。冷却反馈回路686和驱动回路694的组合可允许以期望的驱动强度驱动检测质量块组件616的机械响应，同时还降低检测质量块组件616的机械振荡器的热噪声。这与通过更强地驱动机械共振来直接改善响应的信噪比的尝试相比具有明显的优势，因为任何实际的光机械装置的机械响应都可能受到较高驱动强度下的非线性的限制。

虽然图6的示例描述了用于检测质量块组件的单个反馈回路，但在一些示例中，图6的系统可被配置用于利用不止一个反馈回路来(例如但不限于)测量具有DETF结构的检测质量块组件处的振动。尽管图6是相对于确定加速度值来描述的，但在一些示例中，图6中描述的冷却可以施用于被配置用于测量速度、振动和其他参数的系统。

图7是示出根据本公开的一种或多种技术的用于冷却光机械装置的机械温度的示例性结果的概念图。在图7的示例中，信号发生器698可生成机械共振反馈信号702，该机械共振反馈信号与热噪声组合产生具有热噪声704的驱动信号。在该示例中，冷却反馈回路686以相反的符号重新施用由检测质量块组件616处的温度引起的噪声波动，以生成所得噪声和驱动信号706。如图所示，与驱动信号702相比，所得噪声和驱动信号706已被冷却，与省略冷却反馈回路686的系统相比，这可导致信噪比得到改善。

图8是示出根据本公开的一种或多种技术的用于冷却光机械装置的机械温度的示例性方法的流程图。为方便起见，相对于图1至图7描述了图8。然而，图8的技术可由例如发光装置12、电路14和检测质量块组件(例如，单端音叉结构、DETF结构等)的不同部件来执行或通过附加的或另选的装置来执行。

发光装置612发射光信号(802)。EOM 622接收光信号，该光信号具有被驱动至光学共振频率与四分之一FWHM之和或光学共振频率与四分之一FWHM之差的光学频率(804)。强度稳定器680使光信号的强度稳定(806)。例如，强度稳定器680可将由强度稳定器680输出的光信号的强度调节至预定的光强度值。

EOM 622调制光信号以移除热噪声并且使用冷却反馈信号和机械共振反馈信号将机械响应频率驱动至机械共振(808)。反馈单元626使用调制光信号来生成冷却反馈信号以对应于总回路增益为零且相差为180度的调制光信号的热噪声信号(810)。反馈单元626使用调制光信号生成机械共振反馈信号，以将调制光信号的机械响应频率驱动至机械共振并测量加速度(812)。处理电路30使用机械共振反馈信号来确定加速度值(814)。在一些示例中，处理电路30使用机械共振反馈信号来确定速度、振动或另一值。

本文所述的光机械装置可包括仅模拟电路、仅数字电路、或模拟电路和数字电路的组合。数字电路可包括例如单个集成电路上的微控制器，其包含处理器内核、存储器、输入和输出。例如，本文所述的光机械装置的数字电路可包括一个或多个处理器，包括一个或多个微处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、或任何其他等效集成或分立逻辑电路，以及此类部件的任何组合。术语“处理器”或“处理电路”通常可以指单独地或与其他逻辑电路组合的前述模拟电路和/或数字电路中的任一个，或任何其他等效电路。

数字电路可利用硬件、软件、固件或它们的任何组合来实现所述功能。在软件中实现的那些功能可作为一个或多个指令或代码存储在计算机可读介质上或经由计算机可读介质发送，并且由基于硬件的处理单元执行。计算机可读介质可包括对应于有形介质诸如数据存储介质的计算机可读存储介质，或者包括例如根据通信协议促进计算机程序从某个地方传输到另一个地方的任何介质的通信介质。这样，计算机可读介质通常可对应于：(1)非暂态的有形计算机可读存储介质，或者(2)通信介质诸如信号或载波。数据存储介质可以是可以由一个或多个计算机或一个或多个处理器访问以检索用于实现本公开中描述的技术的指令、代码和/或数据结构的任何可用介质。

本公开的技术可以在包括集成电路(IC)或一组IC(例如，芯片组)的各种装置或设备中实现。在本公开中描述了各种部件、模块或单元，以强调被配置用于执行所公开的技术的装置的功能方面，但是该各种部件、模块或单元不一定需要通过不同的硬件单元来实现。相反，各种单元可与结合合适的软件和/或固件的互操作硬件单元(包括如上所述的一个或多个处理器)的集合进行组合或由该互操作硬件单元提供。