集成光學加速度計及測試系統(tǒng)的設計.pdf

1、加速度計是慣性導航、制導和控制系統(tǒng)的重要測試元件，廣泛應用于導彈制導、飛機導航、人造衛(wèi)星的姿態(tài)控制、剎車系統(tǒng)控制、大型電器設備的振動測量以及石油地震勘探等領域。近年來，隨著微機械加工技術和集成光學技術的發(fā)展，兼具微機械加速度計集成化、微型化與光學加速度計高精度、抗電磁干擾等顯著優(yōu)勢的微光機電(MOEMS)加速度計得到了國內外廣泛研究。與傳統(tǒng)機械式、光纖加速度計性能參數(shù)的表征不同，MOEMS加速度計的性能表征涉及光學、電學與材料力學等各項

2、性能參數(shù)，因此設計合理的MOEMS加速度計測試系統(tǒng)就顯得尤為重要。本文主要研究了一種基于馬赫—曾德爾(Mach-Zehnder，MZ)干涉式光波導結構的MOEMS加速度計和創(chuàng)新性提出的一種基于Fano諧振式光波導結構的高精度MOEMS加速度計，包括光波導的結構設計、仿真分析與工藝制備，并針對這兩種MOEMS加速度計設計了信號檢測系統(tǒng)，建立了加速度計動態(tài)測試分析平臺，測試了兩種加速度計的傳感性能。本文的主要研究內容具體包括以下幾個方面:<

3、br>　　1、詳細推導了基于MZ干涉式/Fano諧振式光波導加速度計傳感模型，得到了光波導結構的傳輸函數(shù)和靈敏度公式，并分析了懸臂梁結構參數(shù)和波導結構參數(shù)對加速度靈敏度的影響。
　　2、根據(jù)所推導的光強與加速度關系式，仿真分析了加速度靈敏度的各個影響因素。仿真結果表明加速度靈敏度主要受懸臂梁的厚度和楊氏模量、傳輸損耗、耦合系數(shù)參數(shù)影響;Fano諧振式加速度計的理論靈敏度是MZ干涉式加速度計靈敏度的393倍，加速度計理論靈敏度分別為

4、111.75mW/g、0.28mW/g。
　　3、針對兩種加速度結構進行了實驗研究。分別用兩種不同折射率的氟化聚酯材料作為芯層進行了波導結構和工藝流程的優(yōu)化設計，得到了具有良好的通光效果和柔韌性的傳感芯片。
　　4、設計了基于集成光學加速度計信號檢測系統(tǒng)，完成了信號調理電路的硬件設計，調理電路最小可檢測光功率為-30dBm，信號調理電路的輸出電壓與光功率具有良好的線性關系。編寫了ADC采樣程序和LCD液晶屏顯示程序，調試了信