一种基于SOI的集成光波导耦合系统的设计与制备

根据锥形光纤与平面环型微腔耦合原理,使用L-Edit版图设计软件设计并优化了锥形光波导与微腔耦合系统。利用MEMS工艺对SOI圆晶片进行加工,从而实现了锥形光波导与跑道型以及环型光波导微腔的集成。其中,光波导以及微腔通过ICP刻蚀顶层硅而成,矩形槽通过RIE刻蚀衬底硅而成。光波导两侧的矩形凹槽可方便光纤接人以及对出射光...     

微光学陀螺波导谐振腔的优化设计

提出一种应用于微型光学陀螺的谐振腔的优化设计方案,优化设计方案同时兼顾微型光学陀螺精度要求与其系统微型化设计。光波导材料为传输损耗为0.01dB/cm的硅基二氧化硅材料,有效的降低了谐振腔内部的损耗,使得谐振腔内损耗仅为0.5dB,利于谐振腔的高精度;光波导结构采用准单模矩形结构,利用腔中的弯曲波导对一阶模的有效滤除实现了光的基模传输,利于谐振腔的小型化;此外分析了波导的传输损耗、波导耦合器分光比对谐振腔性能及陀螺极限灵敏度的影响,得出波导耦合器分光比的优化参数,并仿真得到谐振腔的谐振清晰度达到70以上。假定在激光光源线宽为30kHz,探测器响应度0.95A/W,积分时间为10s的条件下,仿真得到系统的极限灵敏度为1.6°/h左右。最后实验验证了此优化设计方法是有效可行的。     

基于光学微腔的MOEMS微位移传感器

该MOEMS微位移传感器是一种基于光波导环形谐振腔的悬臂梁式传感器,通过一系列的微加工技术集成制造在SOI材料上.光学微腔是一种新型的光学谐振腔,当其在回音廊模式下(WGM)共振时可以检测到规则的透射谱图,该传感器通过测量透射谱的偏移来确定位移量.利用有限元分析法可以得到悬臂粱结构的最佳尺寸参数,利用时域有限差分方法(FDTD)可以得到环形腔投射谱的偏移特性.当使用跑道型谐振腔时,该新型传感器最高可以探测到10nm左右的位移量.     

硅微机械加工光波导压力传感器的设计

随着波导材料的研究和进展 ,采用新的波导材料设计出了一种波导式压力传感器 ,就光波导压力传感器的原理和特性作了一个简要阐述 ,对它的工艺流程作了详细的描述     

基于基片集成波导和消逝模谐振腔的压力传感器设计

提出一种新型的基于基片集成波导和消失模谐振腔的压力传感结构。设计了圆形空腔,当施加外界压力时,圆形空腔发生形变从而使谐振腔谐振频率变化。采用共面波导线对谐振腔进行耦合馈电并将频率信号传输出来。通过读取传感器的回波损耗参数( S11)来表征压力与频率的关系。利用高频仿真软件HFSS对谐振腔进行了仿真设计和优化,设计尺寸为30 mm×30 mm×1.93 mm,与传统谐振腔相比体积明显减小。传感器基底为Rogers 4003C板材,采用PCB技术进行加工。搭建压力测试平台对传感器进行测试,结果表明在0~3 N的压力范围内变化100 MHz,绝对灵敏度为25 MHz/N。仿真和实测结果比较吻合,验证了所设计压力结构的有效性。     

新型高灵敏抗冲击集成光学加速度计

提出一种新型基于微环谐振腔的集成光学加速度计,该加速度传感器具有较高的灵敏度(56.6 mV/gn)和良好的抗冲击性能(可达105gn)。介绍并分析了该加速度计的传感理论,建立了微环谐振腔耦合单元模型,通过Matlab软件和时域差分有限元(FDTD)法绘制了波导的模态传输曲线,优化了微环谐振腔的设计参数和微腔与波导的耦合间距,并且利用ANSYS给出了悬臂梁的承受冲击极限。最终,仿真结果与理论分析结果基本一致。该加速度计可为高灵敏抗冲击微光机电系统(MOEMS)传感器提供新思路和理论参考。     

新型光学加速度传感器动力学性能设计

针对一种新型光学加速度传感器设计了一种简单实用的微弹性机械结构,它是通过MEMS工艺在硅片上加工出来。通过能量法和有限元模拟法(ANSYS 8.0)对弹性臂的弹性系数和动力学振动系统的一阶固有频率进行了分析与模拟,根据传感器的性能要求选取了微弹性机械结构的参数,并对传感器的性能进行了分析模拟。结果表明:设计是合理可行的,根据参数确定传感器的量程约为±395 m/s2,测量频率约为1~4.5 kHz。     

聚合物光栅光波导器件的微复制技术

采用纳米压印微复制技术方法,研制了一种新型的聚合物柔性光栅光波导敏感器件,该器件可用于介入式医用导管的微弯挠曲监测或类似场合的微变形监测.重点阐述了聚合物柔性光栅光波导器件的微复制模具和器件微复制的工艺方法,并对制备工艺技术中的关键技术问题进行了讨论,讨论了测试光纤耦合一体化光栅波导器件的工艺方法.最后利用硅微模具和紫外固化介质材料,成功制备出了截面尺寸为4 μm×20 μm、光栅周期为0.75 μm的聚合物柔性光栅光波导器件.     

Si基微环谐振腔化学传感检测方法研究

提出了一种非标记光化学传感检测方法：光波导谐振谱检测,通过感应环形波导表面有效折射率变化进行化学传感;理论分析,并结合光学测试系统,利用此方法实现了微环谐振腔结构对NaCl离子、结晶紫分子溶液的在线浓度测量,实验得到：其检测灵敏度分别达181.47 pm/10－2,227 nm/（ mol·L－1）,证明了该方法可以应用于化学溶液检测领域。     

高g光学微腔加速度计的结构设计

针对高量程加速度测试需求,提出了一种基于光弹效应的新型光学加速度传感器;利用MATLAB软件和时域差分有限元(FDTD)对微环谐振腔悬臂梁加速度计的结构进行优化设计,详细分析了波导传输模态,传感器灵敏度以及工作带宽与波导尺寸、微悬臂梁尺寸的关系。在优化设计的基础上,通过ANSYS软件对悬臂梁的抗冲击性能进行仿真,其抗冲击可达104gn,灵敏度为10-2pm/gn,能有效满足高冲击、强烈振动场合的特殊测试要求,可以应用于侵彻系统,并为集成小型化高灵敏抗冲击微光机电系统(MOEMS)传感器提供理论参考。     

光波导陀螺谐振腔谐振特性研究

光波导陀螺谐振腔特性是光波导陀螺谐振腔设计和制备中的关键因素.从多光束干涉的基本原理出发,推导了集成光波导陀螺谐振腔一般谐振过程中,谐振环光强和输出光强表达式.确定了谐振条件和最佳匹配条件,分析了谐振腔的谐振特性.推导了最佳匹配条件以及非最佳匹配条件下,谐振腔内光强幅值表达式,并研究了两种情况下光强幅值的相互关系.     

电子束辐照制作光波导技术研究进展

概述了采用电子束辐照制作光波导技术的研究历史,给出电子辐照对S iO2产生作用的机理、样品中原子错位的阈值、电子辐照深度的计算方法,分析了不同能量电子辐照产生折射率变化的原因,给出了低能电子辐照导致S iO2折射率变化的计算及测量方法,介绍了用电子束辐照制作光波导的进展。     

UV-LIGA interferometer biosensor based on the SU-8 optical waveguide

SU-8 resist was used as a core/cladding waveguide material to fabricate a Mach–Zehnder interferometer (MZI) for biochemical sensing. The refractive index of the SU-8 resist was fine-tuned with a Δn of 0.004 for single-mode transmission. The UV lithography processes of the SU-8 resist were also optimized to pattern the high resolution (1 μm) and high aspect ratio (A_R = 6) Y-branch structure of the optical interferometer. Optical measurements reveal that the SU-8 MZI chip can efficiently transmit the NIR laser (λ = 1310 nm) with a total loss less than 6 dB. When one branch of the MZI is in contact with the analyte, the interfered intensity stabilizes after the soaking time exceeds 5 min. NaCl solution with a concentration of 10⁻⁹ g/l can be detected using the SU-8 MZI chip. In the future, the polymer MZI chip can be mass-produced by molding process (or the LIGA process). The low-cost, label-free, real-time and high-sensitivity MZI chip will benefit many applications related to biological, environmental and industrial detection.     

基于光纤技术的叶定时传感器的设计

叶片振动测量对航空发动机、电站涡轮机及各种压气机的强度设计和研究及安全监测非常重要，光纤传感器的出现，克服了传统感器的缺陷，为实时精确测量高速旋转叶片振动提供了可靠的保证，描述了工于光纤传感技术的叶尖定时传感器的设计及其性能。     

抗共振反射集成光学传感器的研究进展

抗共振反射光波导(ARROW)具有与传统光波导所不同的传播特性。利用覆盖层的抗共振反射性质,ARROW传播单模、高阶模被泄漏到基体。基于折射率的变化,抗共振反射传感器对物理量、化学量和生物分子间的相互作用有很高的敏感性。介绍了ARROW的结构、传感器的工作原理以及最新研究进展。由于可采用CMOS工艺制作波导,且能与光探测器在一块集成,抗共振反射传感器将具有广阔的应用前景。     

基于相位生成载波的全光纤传感器定位研究

分布式光纤传感系统可应用于长距离、强电磁干扰环境下的监测.提出了一种用相位调制器进行外调制来提高分布式光纤传感器定位精度的方法.构造基于迈克尔逊干涉仪的全光纤振动传感器系统,并在反射端加相位调制器进行调制,使经过反射端反射的光干涉后的信号处于高频段,而未经反射端反射的光干涉后的信号处于低频段.通过高通滤波和相位解调,获得与外界扰动呈正比的信号,用这一信号进行定位,可以消除因为光纤中的瑞利散射等产生的回光干涉信号的频谱叠加,提高定位精度.该方法结构简单,易实现,通过理论分析和实验证明:采用该方法可以有效提高系统的定位精度.     

Compact metamaterial unit‐cell based on stepped‐impedance resonator technique and its application to miniaturize substrate integrated waveguide filter and diplexer

In this article, a new miniaturized metamaterial unit‐cell using stepped‐impedance resonator technique is proposed. The proposed unit‐cell is used to miniaturize the physical size of the conventional complementary split‐ring resonators (CSRRs). In the proposed unit‐cell which is called complementary G‐shaped resonator (CGR), the slot line in the conventional circular CSRR is replaced with the stepped‐impedance slot line. As well as, by carving two trapezoidal shapes inside the inner ring, the resonance frequency of the proposed CGR unit‐cell has been more decreased. Compared to the conventional circular CSRR structure, the electrical size of the proposed CGR is decreased and miniaturization is occurred. To investigate the performance of the proposed CGR unit‐cell in the size reduction, two substrate integrated waveguide filters and a diplexer are designed. To validate the proposed miniaturization technique, the designed filters and diplexer loaded by the CGR unit‐cell are fabricated and measured. The measured results are in a good agreement with the simulated ones. The results shows that, a miniaturization factor about 0.69 is achieved.     

齿轮传动型光纤弯曲损耗位移传感器及其实验研究

针对传统光纤弯曲损耗位移传感器线性度不高的问题,设计了一种齿轮传动型光纤弯曲损耗位移传感器,并用理论证明了被测位移量与光纤弯曲损耗之间呈线性关系,并进一步做了实验研究.实验结果表明,本传感器的灵敏度与理论计算结果相符,并具良好的线性度与测量精度,便于在实际工程中应用,有有着较好的市场应用前景.     

基于同轴回归激光传感器的水表误差检测系统

设计一种针对水表始动元件转速测量的激光传感器检测系统。在传感器光学结构中加入半透半反镜使光路同轴回归,从而对目标准确瞄准定位。处理系统由FPGA和DSP组成进行激光回波信号数字化处理和阈值选取,减小虚预警概率。实验证明:检测系统在校准之后具有较高的检测效率和准确度,能够实现水表实时误差检测。