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MZI光波導MOEMSE+E壓力傳感器的設計及特性研究
微光機電系統(tǒng)(MOEMS)是一門涉及微光學、微機械、微電子技術(shù)的新興學科,由于采用了集成工藝制作技術(shù),因此具有體積小、響應快、集成定位精確、大規(guī)模生產(chǎn)能力、價格低廉的特點,已成為當今科學技術(shù)的熱點研究理論之一。探討了幾種目前較為廣泛研究的MOEMSE+E壓力傳感器結(jié)構(gòu),針對當今MOEMS的發(fā)展方向,設計了一種基于MZI型波導MOEMSE+E壓力傳感器。由于采用雙臂式MZI結(jié)構(gòu),有效地減少了因環(huán)境噪聲和溫度帶來的噪聲與失真。

MZI光波導MOEMSE+E壓力傳感器的設計及特性研究
根據(jù)E+E壓力傳感器的實際測試過程中的各個環(huán)節(jié)已經(jīng)或可能產(chǎn)生的影響,獲取E+E壓力傳感器真實性能輸出數(shù)據(jù)的因素,采用可靠性的分析方法對其進行分析；提示了測試過程中影響傳感器輸出的規(guī)律,減小傳感器因在測試過程中產(chǎn)生的誤差；并為深入研究E+E壓力傳感器提供一條新的思路,為研究新的E+E壓力傳感器提供一定的理論依據(jù)。分析了ARROW波導傳輸原理和等臂式MZI型E+E壓力傳感器的傳感原理,并對彈性薄膜的受力性能和光機耦合進行了詳細的研究。碳納米管是場發(fā)射陰極的材料?；谔技{米管和金屬銅的復合電鍍技術(shù),采用有限元軟件對E+E壓力傳感器的碳納米管布設進行了有限元仿真,使用模擬退火算法對陽極變形膜的尺寸進行了優(yōu)化,并設計了實現(xiàn)E+E壓力傳感器的工藝過程。碳納米管的管徑在不影響電鍍質(zhì)量的情況下可盡量小,選取的長度不影響直立,間距在500 nm時可獲得zui大電流。陽極膜的壓力窗*厚度為0.209 84 mm,窗口長度4.9178mm,此時陽極膜的變形和應力均處于zui大值。通過可行性工藝的執(zhí)行,可制造出體積小、質(zhì)量輕、靈敏度高的E+E壓力傳感器探討了輸出光強變化與相位變化的關系,并導出其表達式。由于傳輸損耗對傳感器的性能影響很大,因此研究了ARROW結(jié)構(gòu)對傳輸損耗的影響。并依據(jù)前人實驗結(jié)果,設計波導各層結(jié)構(gòu)參數(shù),完成了單模低損耗脊型波導的設計。MZI型Y分支角度為1。根據(jù)彈性力學和板殼理論并利用MATLAB數(shù)值仿真軟件,分析了MZI型MOEMSE+E壓力傳感器的力學敏感原件——彈性薄膜的應力分布,探討了彈性薄膜尺寸對應力分布和傳感臂中折射率的影響,得到了直觀可靠的結(jié)果,為MZI型光波導的傳感臂在彈性薄膜上的位置提供了理論依據(jù);利用有限元分析方法和借助ANSYS仿真軟件,對MZI型MOEMSE+E壓力傳感器彈性薄膜進行了一系列的分析,模擬了光彈效應引起彈性薄膜上傳感臂中光波相位變化與彈性薄膜的幾何尺寸、傳感臂不同位置以及外界壓力之間的關系。

MZI光波導MOEMSE+E壓力傳感器的設計及特性研究
經(jīng)過以上分析,確定傳感臂應置于彈性薄膜長邊邊緣;彈性薄膜的*尺寸為2800μm×1800μm×60μm;當輸入光波長為0.6328μm時,其半波壓力為0.6Mpa。 文章zui后對所做的研究工作進行總結(jié),并對將來研究工作進行了展望。