一種雙圓柱形mim表面等離子波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的加速度傳感裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及傳感器技術(shù)，具體是一種雙圓柱形MIM表面等離子波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的加速度傳感裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]微光機電系統(tǒng)(MicroOptical Electro Mechanical System，簡稱 MOEMS)是近幾年發(fā)展起來的一支極具有活力的新技術(shù)系統(tǒng)，它是由微光學(xué)、微電子和微機械相結(jié)合而得到的一種新型的微光學(xué)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。除了能夠繼承微電子機械系統(tǒng)(Micro-Electro-Mechanical System,簡稱 MEMS)成熟的制作工藝外，MOEMS 能把各種 MEMS結(jié)構(gòu)與微光學(xué)器件、光學(xué)諧振腔、光波導(dǎo)、半導(dǎo)體激光器、光檢測器件等完整地集成在一起。作為航空航天、智能汽車、智能電子產(chǎn)品(智能手機、電腦等)、機器人、高技術(shù)武器等高新技術(shù)領(lǐng)域的關(guān)鍵傳感器件之一，加速度傳感器通過檢測敏感單元材料的導(dǎo)電特性、力學(xué)特性或者溫度特性來檢測加速度的變化量。作為MOEMS的一個典型代表，近年來在這方面的研宄也越來越多。尤其以2007年Bhola課題組提出的一種固化在懸臂梁上的微環(huán)加速度傳感器，正是通過檢測微環(huán)有效折射率的變化引起的波長漂移實現(xiàn)對外界加速度的檢測，此加速度傳感器的靈敏度為。然而隨著外界環(huán)境及自身屬性的限制，這類敏感元件已經(jīng)無法滿足人們對微光機電系統(tǒng)越來越高的要求。表面等離子共振(Surface plasmon resonance,簡稱SPR)是金屬薄膜與介質(zhì)交界面處的自由電子因受到倏逝波的激發(fā)而產(chǎn)生的自由電子集體振蕩的現(xiàn)象。表面等離子波可以在亞波長結(jié)構(gòu)體系中傳播，形成高集成度光子回路，是把光學(xué)器件與電子器件集成到一起的重要途徑，這使其在傳感技術(shù)領(lǐng)域受到了國內(nèi)外諸多學(xué)者的廣泛重視。
[0003]從目前發(fā)展來看，微光機電系統(tǒng)的加速度傳感器件急需解決適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境、響應(yīng)速度快、動態(tài)范圍大等問題，與此同時SPR傳感器研宄大都集中在生物傳感、氣體傳感等領(lǐng)域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種雙圓柱形MIM表面等離子波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的加速度傳感裝置。這種裝置不僅能夠彌補微電子機械系統(tǒng)傳感器受外界環(huán)境、自身屬性限制的不足，還能夠改善傳統(tǒng)微環(huán)傳感器的響應(yīng)時間長、靈敏度低等問題，這種裝置結(jié)構(gòu)簡單、易于實現(xiàn)。
[0005]實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是:
一種雙圓柱形MIM表面等離子波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的加速度傳感裝置，包括Si基底，與現(xiàn)有技術(shù)不同的是，還包括
大小相同的第一 MIM波導(dǎo)結(jié)構(gòu)和第二 MIM波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，所述MM波導(dǎo)結(jié)構(gòu)為圓柱形MM波導(dǎo)結(jié)構(gòu)；所述第一 MIM波導(dǎo)結(jié)構(gòu)和第二 MIM波導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)置在Si基底上；
光纖直波導(dǎo)，所述光纖直波導(dǎo)設(shè)置在Si基底上，所述第一 MIM波導(dǎo)結(jié)構(gòu)和第二 MIM波導(dǎo)結(jié)構(gòu)對稱設(shè)置在光纖直波導(dǎo)的兩側(cè)，并與光纖直波導(dǎo)靠接。
[0006]入射光由光纖直波導(dǎo)輸入，通過倏逝波耦合到2個MM波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。入射光為可調(diào)諧激光脈沖，調(diào)制范圍為600-900nm。
[0007]所述的圓柱形MIM波導(dǎo)結(jié)構(gòu)是對稱的金-二氧化硅-金表面等離子波導(dǎo)。
[0008]所述的光纖直波導(dǎo)是采用微納光纖通過酒精燈一次熔融拉伸形成。
[0009]工作原理為:入射光由光纖直波導(dǎo)輸入，通過倏逝波不斷耦合到2個MM波導(dǎo)結(jié)構(gòu)；當(dāng)波導(dǎo)施加加速度時，由于彈光效應(yīng)MIM波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的折射率發(fā)生變化，產(chǎn)生的表面等離子倏逝波傳播發(fā)生變化，這樣就會導(dǎo)致雙圓柱形MIM波導(dǎo)間諧振波長發(fā)生漂移，從而使得光纖直波導(dǎo)輸出端的光強度發(fā)生改變；通過檢測光纖直波導(dǎo)輸出端口處波長的漂移量，實現(xiàn)對加速度的檢測。
[0010]這種裝置能夠通過調(diào)節(jié)MM波導(dǎo)的幾何參數(shù)，實現(xiàn)調(diào)節(jié)表面等離子模式的傳輸特性，通過檢測光纖直波導(dǎo)輸出端口的波長變化實現(xiàn)加速度的檢測。這種裝置不僅彌補了微電子機械系統(tǒng)傳感器受外界環(huán)境、自身屬性限制的不足，還改善了傳統(tǒng)微環(huán)傳感器的響應(yīng)時間長、靈敏度低等問題，這種裝置結(jié)構(gòu)簡單、易于實現(xiàn)。
【附圖說明】
[0011]圖1為實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖中，1.Si基底2.光纖直波導(dǎo)3.第一MM波導(dǎo)結(jié)構(gòu)4.第二MM波導(dǎo)結(jié)構(gòu)5.可調(diào)諧激光器6.光譜儀。
【具體實施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖和實施例對本
【發(fā)明內(nèi)容】
作進一步闡述說明，但不是對本發(fā)明的限定。
[0014]實施例:
參照圖1，一種雙圓柱形MIM表面等離子波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的加速度傳感裝置，包括Si基底1，還包括
大小相同的第一 MIM波導(dǎo)結(jié)構(gòu)3和第二 MIM波導(dǎo)結(jié)構(gòu)4，所述MIM波導(dǎo)結(jié)構(gòu)為圓柱形MIM波導(dǎo)結(jié)構(gòu)；所述第一 MM波導(dǎo)結(jié)構(gòu)3和第二 MM波導(dǎo)結(jié)構(gòu)4設(shè)置在Si基底I上；
光纖直波導(dǎo)2，所述光纖直波導(dǎo)2設(shè)置在Si基底I上，所述第一 MM波導(dǎo)結(jié)構(gòu)3和第二MIM波導(dǎo)結(jié)構(gòu)4對稱設(shè)置在光纖直波導(dǎo)2的兩側(cè)，并與光纖直波導(dǎo)2靠接。
[0015]所述的圓柱形MM波導(dǎo)結(jié)構(gòu)是對稱的金-二氧化硅-金表面等離子波導(dǎo)。
[0016]所述的光纖直波導(dǎo)2是采用微納光纖通過酒精燈一次熔融拉伸形成。
[0017]入射光由光纖直波導(dǎo)2輸入，通過倏逝波不斷耦合到第一 MM波導(dǎo)結(jié)構(gòu)3和第二MM波導(dǎo)結(jié)構(gòu)4。
[0018]所述的入射光為可調(diào)諧激光脈沖，調(diào)制范圍為600_900nm。
[0019]具體地，
Si基底I的長lOOOnm，寬600nm，厚度為lOOnm，光纖直波導(dǎo)2長lOOOnrn，直徑50nm，2個圓柱形MIM波導(dǎo)結(jié)構(gòu)為對稱薄膜的金屬-介質(zhì)-金屬波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，對稱金膜第一金膜層、第二金膜層長lOOOnrn，寬800nm，厚度為10nm ;二氧化娃膜層厚度為1500nm。如圖1所不，通過可調(diào)諧激光器5產(chǎn)生600-900nm寬范圍的入射光到光纖直波導(dǎo)2的輸入端，通過倏逝波不斷耦合到第一 MIM波導(dǎo)結(jié)構(gòu)3和第二 MIM波導(dǎo)結(jié)構(gòu)4，當(dāng)波導(dǎo)被施加加速度時，由于彈光效應(yīng)MIM波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的折射率發(fā)生變化，產(chǎn)生的表面等離子倏逝波的傳播發(fā)生變化，導(dǎo)致第一 MIM波導(dǎo)結(jié)構(gòu)3和第二 MIM波導(dǎo)結(jié)構(gòu)4間諧振波長發(fā)生漂移，從而使得光纖直波導(dǎo)2輸出端的光強度發(fā)生改變。通過光譜儀6檢測光纖直波導(dǎo)2輸出端口的波長漂移量，實現(xiàn)對加速度的檢測。這一過程利用鎖相放大來消除激光光強變化、波長漂移所帶來的噪聲。這種裝置能夠通過調(diào)節(jié)第一 MM波導(dǎo)結(jié)構(gòu)3、第二 MM波導(dǎo)結(jié)構(gòu)4的幾何參數(shù)，實現(xiàn)調(diào)節(jié)表面等離子模式的傳輸特性，通過檢查波長變化實現(xiàn)加速度的檢測。
[0020]所述的光譜儀6波譜范圍為200-1 lOOnm。
【主權(quán)項】
1.一種雙圓柱形MIM表面等離子波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的加速度傳感裝置，包括Si基底，其特征是，還包括 大小相同的第一 MIM波導(dǎo)結(jié)構(gòu)和第二 MIM波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，所述MM波導(dǎo)結(jié)構(gòu)為圓柱形MM波導(dǎo)結(jié)構(gòu)；所述第一 MIM波導(dǎo)結(jié)構(gòu)和第二 MIM波導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)置在Si基底上； 光纖直波導(dǎo)，所述光纖直波導(dǎo)設(shè)置在Si基底上，所述第一 MIM波導(dǎo)結(jié)構(gòu)和第二 MIM波導(dǎo)結(jié)構(gòu)對稱設(shè)置在光纖直波導(dǎo)的兩側(cè)，并與光纖直波導(dǎo)靠接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙圓柱形MIM表面等離子波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的加速度傳感裝置，其特征是，所述的圓柱形MIM波導(dǎo)結(jié)構(gòu)是對稱的金-二氧化硅-金表面等離子波導(dǎo)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙圓柱形MIM表面等離子波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的加速度傳感裝置，其特征是，所述的光纖直波導(dǎo)是采用微納光纖通過酒精燈一次熔融拉伸形成。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種雙圓柱形MIM表面等離子波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的加速度傳感裝置，包括Si基底，其特征是，還包括大小相同的第一MIM波導(dǎo)結(jié)構(gòu)和第二MIM波導(dǎo)結(jié)構(gòu)、以及光纖直波導(dǎo)，所述MIM波導(dǎo)結(jié)構(gòu)為圓柱形MIM波導(dǎo)結(jié)構(gòu)；所述第一MIM波導(dǎo)結(jié)構(gòu)和第二MIM波導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)置在Si基底上；所述光纖直波導(dǎo)設(shè)置在Si基底上，所述第一MIM波導(dǎo)結(jié)構(gòu)和第二MIM波導(dǎo)結(jié)構(gòu)對稱設(shè)置在光纖直波導(dǎo)的兩側(cè)，并與光纖直波導(dǎo)靠接；所述的圓柱形MIM波導(dǎo)結(jié)構(gòu)是對稱的金-二氧化硅-金表面等離子波導(dǎo)。這種裝置不僅能夠彌補微電子機械系統(tǒng)傳感器受外界環(huán)境、自身屬性限制的不足，還能夠改善傳統(tǒng)微環(huán)傳感器的響應(yīng)時間長、靈敏度低等問題，這種裝置結(jié)構(gòu)簡單、易于實現(xiàn)。
【IPC分類】G01P15/03
【公開號】CN104977427
【申請?zhí)枴緾N201510367924
【發(fā)明人】秦柳麗, 朱君, 宋樹祥, 傅得立
【申請人】廣西師范大學(xué)
【公開日】2015年10月14日
【申請日】2015年6月29日