基于平面環(huán)形微腔的高精度位移傳感器的設計及工藝方法研究.pdf

1、本文提出了一種可用于原子力顯微鏡的基于平面環(huán)形微腔的高精度位移傳感器。本傳感器在GaAs/AlGaAs/GaAs薄膜結構上實現(xiàn)了懸臂梁與平面環(huán)形微腔的一體化集成，以平面環(huán)形微腔的透射譜對懸臂梁位移極其敏感的特性為理論依據(jù)，具有光學傳感器的高精度、高靈敏度特性以及微機械的體積小、工藝成熟等優(yōu)點。 本文首先通過理論分析以及微納光纖環(huán)的實驗方法驗證了基于平面環(huán)形微腔的高精度位移傳感器在原理上的可行性；通過對平面環(huán)形微腔的各重要性能指標

2、以及傳感器的靈敏度和噪聲分析，得出微腔的半徑以及光波導與微腔的耦合效率是影響傳感器性能最重要的參數(shù)。并以此為依據(jù)對懸臂梁的尺寸及微腔各重要參數(shù)的最優(yōu)化取值進行了深入的研究。最終得到懸臂梁的長、寬、高分別為400μm、50μm、60μm，光波導以及微腔的寬與高分別為1μm和0.6μm，微腔的半徑為20μm，光波導與微腔間的最佳耦合間距在0.05μm左右。其次，本文在對電子束的曝光及顯影條件進行了大量的對比性實驗后，提出了在電子束刻蝕后采用

3、聚焦離子束對光波導與環(huán)形微腔的耦合區(qū)域進行精確的二次加工的創(chuàng)新性工藝，并總結出了位移傳感器的整套工藝流程。最后，本文提出了位移傳感器的總體測試方案，通過在測試過程中遇到的問題對傳感器的設計及工藝上的缺陷進行了詳盡的分析，并提出了一系列改進措施。 本文將平面環(huán)形微腔的透射譜對位移極其敏感的特性引入位移傳感器，通過其透射譜頻移的變化來實現(xiàn)懸臂梁位移的精確探測，有望突破傳統(tǒng)MEMS傳感器的檢測極限。此外，本文提出了在電子束刻蝕后，采用