基于SOI環(huán)形諧振腔的加速度傳感器研究.pdf

1、加速度傳感器，是實(shí)現(xiàn)對(duì)加速度檢測(cè)的敏感器件，是車輛、船舶等抗沖擊、抗振動(dòng)測(cè)量以及地震監(jiān)測(cè)、慣性導(dǎo)航與制導(dǎo)系統(tǒng)等領(lǐng)域常用的重要傳感器。目前，隨著人們對(duì)微機(jī)械器件性能要求的提高，特別是對(duì)高靈敏、快速響應(yīng)速度的傳感器件應(yīng)用需求不斷擴(kuò)展，集光學(xué)原理和微納結(jié)構(gòu)制造于一體的微光學(xué)技術(shù)成為了一個(gè)新發(fā)展方向，并且形成了一個(gè)重要的交叉學(xué)科方向——微光機(jī)電系統(tǒng)（MOEMS）。利用微納結(jié)構(gòu)所表現(xiàn)出的新的光學(xué)特性可以實(shí)現(xiàn)之前無法實(shí)驗(yàn)的功能，在物理量的高靈敏探測(cè)

2、上具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)。
　　本論文以高Q值光學(xué)環(huán)形諧振腔為載體，設(shè)計(jì)了以SOI為材料的基于環(huán)形諧振腔和光波導(dǎo)耦合結(jié)構(gòu)的懸臂梁式加速度傳感器，并且指出環(huán)形諧振腔的光學(xué)特性直接決定傳感器的性能。論文主體面向高靈敏加速度傳感器的核心部件—環(huán)形諧振腔和懸臂梁展開研究，主要做了以下工作：
　　設(shè)計(jì)了基于環(huán)形諧振腔的懸臂梁式加速度計(jì)基本結(jié)構(gòu)，介紹了其傳感機(jī)理并分析了環(huán)形諧振腔結(jié)構(gòu)參數(shù)、懸臂梁尺寸與傳感器靈敏度的關(guān)系。應(yīng)用有限時(shí)間域差分方

3、法（FDTD），對(duì)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)用有限元分析方法（ANSYS），對(duì)懸臂梁的受力特性分別進(jìn)行靜態(tài)和模態(tài)的分析，并在此基礎(chǔ)上應(yīng)用first order方法對(duì)懸臂梁尺寸進(jìn)行優(yōu)化設(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)行了垂直耦合光柵結(jié)構(gòu)的加工；通過不同的實(shí)驗(yàn)方案，搭建了環(huán)形諧振腔的優(yōu)化測(cè)試系統(tǒng)；通過自行制造的單錐光纖作為高效率耦合部