基于平面環(huán)形微腔的高精度位移傳感器的設(shè)計(jì)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(shí)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(duì)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(jī)械的體積小、工藝成熟等優(yōu)點(diǎn)。 本文首先通過(guò)理論分析以及微納光纖環(huán)的實(shí)驗(yàn)方法驗(yàn)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(guò)對(duì)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(duì)懸臂梁的尺寸及微腔各重要參數(shù)的最優(yōu)化取值進(jìn)行了深入的研究。最終得到懸臂梁的長(zhǎng)、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(duì)電子束的曝光及顯影條件進(jìn)行了大量的對(duì)比性實(shí)驗(yàn)后，提出了在電子束刻蝕后采用

3、聚焦離子束對(duì)光波導(dǎo)與環(huán)形微腔的耦合區(qū)域進(jìn)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(cè)試方案，通過(guò)在測(cè)試過(guò)程中遇到的問(wèn)題對(duì)傳感器的設(shè)計(jì)及工藝上的缺陷進(jìn)行了詳盡的分析，并提出了一系列改進(jìn)措施。 本文將平面環(huán)形微腔的透射譜對(duì)位移極其敏感的特性引入位移傳感器，通過(guò)其透射譜頻移的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)懸臂梁位移的精確探測(cè)，有望突破傳統(tǒng)MEMS傳感器的檢測(cè)極限。此外，本文提出了在電子束刻蝕后，采用