微E+E位移傳感器的環形諧振腔特性研究
微E+E位移傳感器,是實現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、工程厚度測試等領域有著重要的應用。(MEMS)\NEMS技術的快速發展,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現微小位移的高靈敏快速探測。利用微納結構中新的光學特性實現基于力光特性的微位移傳感,具有精度高、結構緊湊等不可比擬的優勢,成為構建新型高靈敏微位移傳感的新途徑。

微E+E位移傳感器的環形諧振腔特性研究
根據溶脹測量原理,采用E+E位移傳感器,可以對納米的溶脹過程進行在線監測.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,溶脹等溫線對時間求導得到溶脹速率曲線.同時考察了另外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.結果表明,采用E+E位移傳感器可以在線監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光學環形諧振腔為載體設計了基于環形諧振腔的微E+E位移傳感器,并且指出環形諧振腔的光學特性直接決定微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—環形諧振腔展開研究,主要做了以下工作: 設計了基于環形諧振腔的微E+E位移傳感器基礎結構與傳感機理并介紹了該E+E位移傳感器的材料與微腔選擇依據,分析了環形諧振腔Q參數與高靈敏位移傳感的關系。應用有*域差分方法(FDTD),對基于SOI材料的環形諧振腔進行了系統的光學特性仿真,并在仿真基礎上實現了環形諧振腔的優化結構設計。應用外協單位的微加工線實現了上述設計的環形諧振腔制造,并進行了形貌和結構測試以對比是否實現設計的物理參數;通過改變實驗方案,搭建了環形諧振腔的優化測試系統。

微E+E位移傳感器的環形諧振腔特性研究
通過自行制造的單錐光纖作為高效率耦合部件實現了外部光信號與環形諧振腔芯片的光互連;應用窄線寬(300KHZ)NewFocus TLB-6328連續可調諧激光器(功率20mW,1520nm-1570nm連續可調)作為激發光,利用NewFocus 25GHz快速響應光電探測器并成功測試了制造的微腔結構。測試結果顯示:該設計的環形諧振腔具有103的品質因子,在實現超高靈敏微E+E位移傳感器上具有巨大的潛力。