基于平面環(huán)形微腔的高精度位移傳感器的設(shè)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(jié)構(gòu)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(xué)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(biāo)

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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(jié)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(shè)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