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MZI光波導(dǎo)MOEMSE+E壓力傳感器的設(shè)計(jì)及特性研究
微光機(jī)電系統(tǒng)(MOEMS)是一門(mén)涉及微光學(xué)、微機(jī)械、微電子技術(shù)的新興學(xué)科,由于采用了集成工藝制作技術(shù),因此具有體積小、響應(yīng)快、集成定位精確、大規(guī)模生產(chǎn)能力、價(jià)格低廉的特點(diǎn),已成為當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的熱點(diǎn)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(duì)當(dāng)今MOEMS的發(fā)展方向,設(shè)計(jì)了一種基于MZI型波導(dǎo)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(lái)的噪聲與失真。

MZI光波導(dǎo)MOEMSE+E壓力傳感器的設(shè)計(jì)及特性研究
根據(jù)E+E壓力傳感器的實(shí)際測(cè)試過(guò)程中的各個(gè)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(shí)性能輸出數(shù)據(jù)的因素,采用可靠性的分析方法對(duì)其進(jìn)行分析；提示了測(cè)試過(guò)程中影響傳感器輸出的規(guī)律,減小傳感器因在測(cè)試過(guò)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(dǎo)傳輸原理和等臂式MZI型E+E壓力傳感器的傳感原理,并對(duì)彈性薄膜的受力性能和光機(jī)耦合進(jìn)行了詳細(xì)的研究。碳納米管是場(chǎng)發(fā)射陰極的材料?；谔技{米管和金屬銅的復(fù)合電鍍技術(shù),采用有限元軟件對(duì)E+E壓力傳感器的碳納米管布設(shè)進(jìn)行了有限元仿真,使用模擬退火算法對(duì)陽(yáng)極變形膜的尺寸進(jìn)行了優(yōu)化,并設(shè)計(jì)了實(shí)現(xiàn)E+E壓力傳感器的工藝過(guò)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(zhǎng)度不影響直立,間距在500 nm時(shí)可獲得zui大電流。陽(yáng)極膜的壓力窗*厚度為0.209 84 mm,窗口長(zhǎng)度4.9178mm,此時(shí)陽(yáng)極膜的變形和應(yīng)力均處于zui大值。通過(guò)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(qiáng)變化與相位變化的關(guān)系,并導(dǎo)出其表達(dá)式。由于傳輸損耗對(duì)傳感器的性能影響很大,因此研究了ARROW結(jié)構(gòu)對(duì)傳輸損耗的影響。并依據(jù)前人實(shí)驗(yàn)結(jié)果,設(shè)計(jì)波導(dǎo)各層結(jié)構(gòu)參數(shù),完成了單模低損耗脊型波導(dǎo)的設(shè)計(jì)。MZI型Y分支角度為1。根據(jù)彈性力學(xué)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(xué)敏感原件——彈性薄膜的應(yīng)力分布,探討了彈性薄膜尺寸對(duì)應(yīng)力分布和傳感臂中折射率的影響,得到了直觀(guān)可靠的結(jié)果,為MZI型光波導(dǎo)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(duì)MZI型MOEMSE+E壓力傳感器彈性薄膜進(jìn)行了一系列的分析,模擬了光彈效應(yīng)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(guān)系。

MZI光波導(dǎo)MOEMSE+E壓力傳感器的設(shè)計(jì)及特性研究
經(jīng)過(guò)以上分析,確定傳感臂應(yīng)置于彈性薄膜長(zhǎng)邊邊緣;彈性薄膜的*尺寸為2800μm×1800μm×60μm;當(dāng)輸入光波長(zhǎng)為0.6328μm時(shí),其半波壓力為0.6Mpa。 文章zui后對(duì)所做的研究工作進(jìn)行總結(jié),并對(duì)將來(lái)研究工作進(jìn)行了展望。