本发明属于光电集成电路，涉及的是一种探测频率可调谐的光子-磁子相干耦合的磁场传感系统。
背景技术：
1、光子-磁子耦合是一个新发展的光-物质相互作用的跨学科领域，它将微波光子学与磁学结合在一起，旨在利用单个混合量子系统中这些不同系统的优势和强度来探索潜在适用于量子信息处理和自旋电子学技术的新现象。长相干性、低阻尼材料(例如钇铁石榴石:yttrium iron garnet,yig)和高质量微波腔构建的光子-磁子耦合系统是常见的光子-磁子耦合体系。但微波腔体积大，现有半导体微纳加工工艺缺乏兼容性，且由于微波腔的屏蔽作用，对微波腔外部的微弱磁场探测需要外接天线实现。为改进系统的集成度，提出利用yig球和环形贴片天线构建可与微纳加工技术兼容的光子-磁子相干耦合的磁场传感系统，是一种新型可集成磁场传感技术。
技术实现思路
1、本发明针对现有技术的不足，提出了探测频率可调谐的光子-磁子相干耦合的磁场传感系统，具体涉及的是由yig球和环形贴片天线组成的探测频率可调谐的磁场传感系统。
2、在探测频率可调谐的光子-磁子相干耦合的磁场传感系统中，微波源输出的信号依次通过第一环形器、阻抗匹配器、第二环形器，送入环形贴片天线。yig球固定在环形贴片天线中心，沿垂直于环形贴片天线面的方向在yig球两侧放置电磁铁，通过电流源驱动电磁铁在yig球处产生均匀静态磁场。环形贴片天线输出的信号经由第二环形器送入分束器。分束器将信号分为两路，一路送入网络分析仪接收端，另一路通过滤波器进行滤波后送入频谱分析仪。网络分析仪输出的扫频信号送入第一环形器。
3、根据微波源的工作频率选择合适的yig球尺寸，微波源工作频率越高，yig球尺寸越大，yig球可选0.2cm-2cm之间的尺寸。网络分析仪输出的扫频信号和静态磁场会激发yig球中的铁磁共振，铁磁共振信号可以利用网络分析仪进行测量。微波源经环形贴片天线产生的微波信号在铁磁共振频率范围内时，可以获得微波光子与磁子的相干耦合。此时可以在网络分析仪的响应中两个低谷信号，这两个低谷信号之间的差频δf(待测交变磁场信号频率)在静态磁场下是固定的，经滤波器滤波后在频谱分析仪上只剩下一个低谷信号。当系统处于相干耦合时，频率为δf的待测交变磁场信号可以改变频谱分析仪上的低谷信号的分布，低谷信号的强度与待测交变磁场信号的强度有关，利用相干耦合系统实现交变磁场hac(频率为δf)的探测。通过调节静态磁场强度可以改变系统能够响应的交变磁场的探测频率δf，因此该系统的探测频率可调谐。
4、所述的滤波器能够滤掉响应中两个低谷信号中的一个，另一个低谷信号强度随探测信号的强度发生变化，即滤波得到的一个低谷信号的强度会对频率δf处的hac有响应。
5、作为优选，该系统通过静态磁场调节探测频率。通过观测不同磁场下网络分析仪的响应，可以确认微波光子和磁子之间的耦合。
6、所述的微波源工作频率越高，yig球尺寸越大，yig球可选0.2cm-2cm之间的尺寸。
7、所述的微波信号的频率处于yig球铁磁共振的信号范围内。微波源产生的微波信号频率与铁磁共振频率差值在30mhz内，可以使微波光子与磁振子模式处于相干耦合状态。
8、所述的外加的电磁铁的静态磁场垂直于环形贴片天线的平面并加在置于环形贴片天线中央的yig球上。
9、所述的环形贴片天线工作频率范围为9khz-30mhz。
10、所述的yig球的铁磁共振是由网络分析仪输出的扫频信号和电磁铁产生的静态磁场激发的。
11、所述的差频δf在固定的静态磁场强度下是固定的，改变静态磁场强度可以改变探测频率。经滤波器滤波后的低谷信号强度随待测信号强度(待测信号频率为δf)改变，可以实现交变磁场探测。
12、所述的电磁铁是通过电流源施加的直流电流产生静态磁场，电流值不同电磁铁产生的静态磁场大小会发生变化；所述yig球中产生的铁磁共振频率与静态磁场强度有关；通过改变铁磁共振频率及对应的微波源产生的微波信号的频率实现探测频率的连续调谐。
13、本发明有益效果：
14、本发明中的磁场传感系统是一种光电混合系统，且与微纳加工工艺兼容，采用调节外加静态磁场强度大小的方法，实现交变磁场频率可调谐的技术效果，具有操作简单、调谐灵敏度高、范围广、易集成等优势。
1.探测频率可调谐的光子-磁子相干耦合的磁场传感系统，其特征在于：微波源(1)输出的信号依次通过第一环形器(2)、阻抗匹配器(3)、第二环形器(4)，送入环形贴片天线(5)，钇铁石榴石yig球(6)位于环形贴片天线(5)中央，沿垂直于环形贴片天线(5)面的方向在yig球(6)两侧放置电磁铁(7)，通过电流源(8)驱动电磁铁(7)在yig球(6)处产生均匀静态磁场；
2.根据权利要求1所述的探测频率可调谐的光子-磁子相干耦合的磁场传感系统，其特征在于：扫频信号与电磁铁产生的静态磁场激发yig球(6)中的铁磁共振，微波源(1)经环形贴片天线产生的微波信号在铁磁共振频率范围内时，获得微波光子与磁子的相干耦合；网络分析仪(10)的响应中两个低谷信号，两个低谷信号之间的差频δf在静态磁场下是固定的，两个低谷信号经滤波器(11)滤波后在频谱分析仪(12)上只剩下一个低谷信号；当系统处于相干耦合时，频率为δf的待测交变磁场信号可改变频谱分析仪上的低谷信号的分布，利用相干耦合系统实现交变磁场hac的探测，通过调节静态磁场强度，改变传感系统能够响应的交变磁场的探测频率δf。
3.根据权利要求1所述的探测频率可调谐的光子-磁子相干耦合的磁场传感系统，其特征在于：当yig球(6)中的铁磁共振存在时，微波源(1)产生的微波信号频率与铁磁共振频率差值在30mhz以内。
4.根据权利要求1所述的探测频率可调谐的光子-磁子相干耦合的磁场传感系统，其特征在于：所述的磁场传感系统选用的yig球(6)的直径为0.2cm-2cm，微波源(1)工作频率越高，yig球(6)尺寸越大。
5.根据权利要求1所述的探测频率可调谐的光子-磁子相干耦合的磁场传感系统，其特征在于：所述的电磁铁(7)是通过电流源(8)施加的直流电流产生静态磁场，电流值不同电磁铁产生的静态磁场大小会发生变化；
6.根据权利要求1至5任一所述的探测频率可调谐的光子-磁子相干耦合的磁场传感系统，其特征在于：所述的环形贴片天线(5)工作频率范围为9khz-30mhz。
