微E+E位移传感器的环形谐振腔特性研究
微E+E位移传感器,是实现微小位移测试的敏感器件,在高精密控制、微操作、微纳米定位系统、工程厚度测试等领域有着重要的应用。(MEMS)\NEMS技术的快速发展,对微位移传感提出了更高精度的要求,甚至要求在纳米尺度中实现微小位移的高灵敏快速探测。利用微纳结构中新的光学特性实现基于力光特性的微位移传感,具有精度高、结构紧凑等不可比拟的优势,成为构建新型高灵敏微位移传感的新途径。

微E+E位移传感器的环形谐振腔特性研究
根据溶胀测量原理,采用E+E位移传感器,可以对纳米的溶胀过程进行在线监测.测量获得了L1褐纳米和B3烟纳米在9种溶剂(4种非极性溶剂、4种极性溶剂和蒸馏水)中的溶胀等温线,溶胀等温线对时间求导得到溶胀速率曲线.同时考察了另外4种纳米样(2种褐纳米和2种烟纳米)在N-甲基吡咯烷酮(NMP)中的溶胀曲线.结果表明,采用E+E位移传感器可以在线监测纳米样的溶胀过程.L1褐纳米在4种非极性溶剂中没有显著溶胀,在4种极性溶剂中溶胀显著,尤其在NMP中溶胀比zui大,在蒸馏水中也有显著溶胀.B3烟纳米在4种非极性溶剂中除正己烷外均有显著溶胀,在极性溶剂NMP中溶胀比zui大,在蒸馏水中也有显著溶胀.由溶胀速率曲线可知,在溶胀初始时刻,L1褐纳米和B3烟纳米在乙腈和乙醇中溶胀速率zui快,两种纳米样在二硫化碳中溶胀速率较快.在NMP中,3种烟纳米均呈现较大溶胀比,3种褐纳米的溶胀行为差异较大,其中1种褐纳米的溶胀比显著高于另外2种褐纳米的溶胀比,与烟纳米的溶胀比相近.以高Q光学环形谐振腔为载体设计了基于环形谐振腔的微E+E位移传感器,并且指出环形谐振腔的光学特性直接决定微E+E位移传感器的性能。论文主体面向高灵敏微E+E位移传感器的核心部件—环形谐振腔展开研究,主要做了以下工作: 设计了基于环形谐振腔的微E+E位移传感器基础结构与传感机理并介绍了该E+E位移传感器的材料与微腔选择依据,分析了环形谐振腔Q参数与高灵敏位移传感的关系。应用有*域差分方法(FDTD),对基于SOI材料的环形谐振腔进行了系统的光学特性仿真,并在仿真基础上实现了环形谐振腔的优化结构设计。应用外协单位的微加工线实现了上述设计的环形谐振腔制造,并进行了形貌和结构测试以对比是否实现设计的物理参数;通过改变实验方案,搭建了环形谐振腔的优化测试系统。

微E+E位移传感器的环形谐振腔特性研究
通过自行制造的单锥光纤作为高效率耦合部件实现了外部光信号与环形谐振腔芯片的光互连;应用窄线宽(300KHZ)NewFocus TLB-6328连续可调谐激光器(功率20mW,1520nm-1570nm连续可调)作为激发光,利用NewFocus 25GHz快速响应光电探测器并成功测试了制造的微腔结构。测试结果显示:该设计的环形谐振腔具有103的品质因子,在实现超高灵敏微E+E位移传感器上具有巨大的潜力。