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微E+E位移傳感器的環(huán)形諧振腔特性研究
微E+E位移傳感器,是實(shí)現(xiàn)微小位移測試的敏感器件,在高精密控制、微操作、微納米定位系統(tǒng)、工程厚度測試等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。(MEMS)\NEMS技術(shù)的快速發(fā)展,對微位移傳感提出了更高精度的要求,甚至要求在納米尺度中實(shí)現(xiàn)微小位移的高靈敏快速探測。利用微納結(jié)構(gòu)中新的光學(xué)特性實(shí)現(xiàn)基于力光特性的微位移傳感,具有精度高、結(jié)構(gòu)緊湊等不可比擬的優(yōu)勢,成為構(gòu)建新型高靈敏微位移傳感的新途徑。

微E+E位移傳感器的環(huán)形諧振腔特性研究
根據(jù)溶脹測量原理,采用E+E位移傳感器,可以對納米的溶脹過程進(jìn)行在線監(jiān)測.測量獲得了L1褐納米和B3煙納米在9種溶劑(4種非極性溶劑、4種極性溶劑和蒸餾水)中的溶脹等溫線,溶脹等溫線對時(shí)間求導(dǎo)得到溶脹速率曲線.同時(shí)考察了另外4種納米樣(2種褐納米和2種煙納米)在N-甲基吡咯烷酮(NMP)中的溶脹曲線.結(jié)果表明,采用E+E位移傳感器可以在線監(jiān)測納米樣的溶脹過程.L1褐納米在4種非極性溶劑中沒有顯著溶脹,在4種極性溶劑中溶脹顯著,尤其在NMP中溶脹比zui大,在蒸餾水中也有顯著溶脹.B3煙納米在4種非極性溶劑中除正己烷外均有顯著溶脹,在極性溶劑NMP中溶脹比zui大,在蒸餾水中也有顯著溶脹.由溶脹速率曲線可知,在溶脹初始時(shí)刻,L1褐納米和B3煙納米在乙腈和乙醇中溶脹速率zui快,兩種納米樣在二硫化碳中溶脹速率較快.在NMP中,3種煙納米均呈現(xiàn)較大溶脹比,3種褐納米的溶脹行為差異較大,其中1種褐納米的溶脹比顯著高于另外2種褐納米的溶脹比,與煙納米的溶脹比相近.以高Q光學(xué)環(huán)形諧振腔為載體設(shè)計(jì)了基于環(huán)形諧振腔的微E+E位移傳感器,并且指出環(huán)形諧振腔的光學(xué)特性直接決定微E+E位移傳感器的性能。論文主體面向高靈敏微E+E位移傳感器的核心部件—環(huán)形諧振腔展開研究,主要做了以下工作: 設(shè)計(jì)了基于環(huán)形諧振腔的微E+E位移傳感器基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)與傳感機(jī)理并介紹了該E+E位移傳感器的材料與微腔選擇依據(jù),分析了環(huán)形諧振腔Q參數(shù)與高靈敏位移傳感的關(guān)系。應(yīng)用有*域差分方法(FDTD),對基于SOI材料的環(huán)形諧振腔進(jìn)行了系統(tǒng)的光學(xué)特性仿真,并在仿真基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了環(huán)形諧振腔的優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。應(yīng)用外協(xié)單位的微加工線實(shí)現(xiàn)了上述設(shè)計(jì)的環(huán)形諧振腔制造,并進(jìn)行了形貌和結(jié)構(gòu)測試以對比是否實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的物理參數(shù);通過改變實(shí)驗(yàn)方案,搭建了環(huán)形諧振腔的優(yōu)化測試系統(tǒng)。

微E+E位移傳感器的環(huán)形諧振腔特性研究
通過自行制造的單錐光纖作為高效率耦合部件實(shí)現(xiàn)了外部光信號與環(huán)形諧振腔芯片的光互連;應(yīng)用窄線寬(300KHZ)NewFocus TLB-6328連續(xù)可調(diào)諧激光器(功率20mW,1520nm-1570nm連續(xù)可調(diào))作為激發(fā)光,利用NewFocus 25GHz快速響應(yīng)光電探測器并成功測試了制造的微腔結(jié)構(gòu)。測試結(jié)果顯示:該設(shè)計(jì)的環(huán)形諧振腔具有103的品質(zhì)因子,在實(shí)現(xiàn)超高靈敏微E+E位移傳感器上具有巨大的潛力。