專利名稱：硅微機(jī)械自諧振傳感裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種硅微機(jī)械諧振傳感器，特別是涉及一種基于反饋光注入半導(dǎo)體激光器的硅微機(jī)械自諧振傳感裝置。
背景技術(shù)：
由于采用光激勵(lì)、光檢測工作方式的全光型硅微機(jī)械諧振傳感器兼有光纖、微結(jié)構(gòu)、諧振傳感器的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了多種先進(jìn)技術(shù)的優(yōu)勢互補(bǔ)，因而成為國內(nèi)外智能傳感器研究的熱點(diǎn)。全光型硅微機(jī)械諧振傳感技術(shù)最有前途、最具吸引力的發(fā)展方向?yàn)樽灾C振工作方式，而目前采用該工作方式的全光型硅微機(jī)械諧振傳感器存在的諸如Fabry-Perot(F-P)干涉腔的加工精度要求太高、激振結(jié)構(gòu)易受外界干擾、需采用特殊裝置穩(wěn)定諧振狀態(tài)等缺點(diǎn)(參見在先技術(shù)[1]Yunjiang Rao，Brain Culshaw，“Analysis of the self-oscillation phenomenon of fiber optically-addressed siliconmicroresonators”，SPIE Vol.1506 Micro-opticsII，126-133(1991).)，極大地制約了該技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服上述在先技術(shù)的不足，提供一種基于反饋光注入半導(dǎo)體激光器的硅微機(jī)械自諧振傳感裝置，本發(fā)明裝置不需要高精度的F-P干涉腔，不易受外界干擾，不需要特殊裝置穩(wěn)定諧振狀態(tài)，容易實(shí)現(xiàn)自諧振。。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種硅微機(jī)械自諧振傳感裝置，是一種基于反饋光注入半導(dǎo)體激光器的硅微機(jī)械自諧振傳感裝置，它包括帶有直流電源的光源，其特征在于還有沿該光源發(fā)射光前進(jìn)方向同光軸地依次置放通過保偏光纖與光源連接的準(zhǔn)直器、偏振變換器、參考平板和諧振器，一封裝在光源內(nèi)部的光電轉(zhuǎn)換器的輸出端經(jīng)前置放大器與監(jiān)視器相連。
所述的光源是內(nèi)部封裝了光電轉(zhuǎn)換器的半導(dǎo)體激光器。
所述的偏振變換器是法拉第旋轉(zhuǎn)器，或者是四分之一波片。
所述的參考平板是一個(gè)對著偏振變換器一側(cè)的表面上鍍有增透膜，對著諧振器一側(cè)的表面上鍍有增反膜的光學(xué)平行平板，其反射率R滿足0.08＜R＜0.73，相應(yīng)地透射率T滿足0.27＜R＜0.92。
所述的諧振器為一端懸空另一端固定的微懸臂梁結(jié)構(gòu)，或者是兩端固定的橋式結(jié)構(gòu)，或者是四周都固定的膜式結(jié)構(gòu)。
所述的信號監(jiān)視器為示波器，或頻率計(jì)。
本發(fā)明的工作過程如下光源由直流電源驅(qū)動(dòng)。該光源發(fā)出的光經(jīng)過保偏光纖入射到準(zhǔn)直器上。由準(zhǔn)直器準(zhǔn)直后的平行光束入射到所述的偏振變換器上，透過偏振變換器的透射光束照射到參考平板上，透過參考平板的透射光束照射到諧振器上，由于光熱效應(yīng)，諧振器發(fā)生形變。諧振器對光束的反射光束透過參考平板后，與參考平板對光束的反射光束發(fā)生干涉，產(chǎn)生的干涉信號光透過偏振變換器，其透射光束與光源發(fā)出的光的偏振方向相互垂直，透射光束經(jīng)準(zhǔn)直器和保偏光纖入射到光源上，光源的結(jié)溫發(fā)生相應(yīng)的變化，光源的輸出光強(qiáng)發(fā)生相應(yīng)的變化。光源輸出光強(qiáng)的變化使得照射到諧振器上的光束的光強(qiáng)變化，使得諧振器的形變發(fā)生變化；諧振器形變的變化又使入射到光源的光束的光強(qiáng)變化，光源的結(jié)溫相應(yīng)的變化，光源的輸出光強(qiáng)相應(yīng)的變化。光源的輸出光強(qiáng)與諧振器的形變相互影響，動(dòng)態(tài)變化，使得諧振器達(dá)到諧振狀態(tài)。封裝在光源內(nèi)的光電轉(zhuǎn)換器測量光源1的光強(qiáng)變化，光電轉(zhuǎn)換器的輸出信號通過前置放大器輸出到信號監(jiān)視器，給出諧振器的振動(dòng)頻率信息和振動(dòng)幅度信息。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與在先技術(shù)[1]相比，本發(fā)明裝置不需要高精度的F-P干涉腔，不易受外界干擾，不需要特殊裝置穩(wěn)定諧振狀態(tài)，容易實(shí)現(xiàn)自諧振。


圖1是本發(fā)明硅微機(jī)械自諧振傳感裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
先請參閱圖1，圖1是本發(fā)明硅微機(jī)械自諧振傳感裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。由圖可見，本發(fā)明硅微機(jī)械自諧振傳感裝置，它包括帶有直流電源7的光源1，其特征在于還有沿該光源1發(fā)射光前進(jìn)方向同光軸地依次置放通過保偏光纖2與光源1連接的準(zhǔn)直器3、偏振變換器4、參考平板5和諧振器6，一封裝在光源1內(nèi)部的光電轉(zhuǎn)換器8的輸出端經(jīng)前置放大器9與監(jiān)視器10相連。
所述的光源1是內(nèi)部封裝了光電轉(zhuǎn)換器8的半導(dǎo)體激光器。所說的光電轉(zhuǎn)換器8是光電二極管(簡稱PD)。
所述的偏振變換器4是法拉第旋轉(zhuǎn)器，或者是四分之一波片。
所述的參考平板5是一個(gè)對著偏振變換器4一側(cè)的表面上鍍有增透膜，對著諧振器6一側(cè)的表面上鍍有增反膜的光學(xué)平行平板，其反射率R滿足0.08＜R＜0.73，相應(yīng)地透射率T滿足0.27＜R＜0.92。
所述的諧振器6既可以是指一端懸空另一端固定的微懸臂梁結(jié)構(gòu)，又可以是兩端固定的橋式結(jié)構(gòu)，或者是四周都固定的膜式結(jié)構(gòu)。
所述的信號監(jiān)視器10為示波器，或頻率計(jì)。
所說的保偏光纖2是指光束在其中傳輸時(shí)偏振態(tài)保持不變的光纖。
所說的準(zhǔn)直器3是指其出射光為平行光的光學(xué)元件。
所說的偏振變換器4是指一束偏振光通過它，由參考平板5反射或諧振器6反射返回，再次通過它后偏振方向改變90度的光學(xué)元件，是法拉第旋轉(zhuǎn)器，或者是四分之一波片等。
實(shí)施例圖1也是本發(fā)明硅微機(jī)械自諧振傳感裝置實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。在該實(shí)施例中，光源1是波長為785納米的激光二極管LD，內(nèi)部封裝的光電轉(zhuǎn)換器8是光電二極管。偏振變換器4是四分之一波片。參考平板5的透射率T＝0.62，反射率R＝0.38。諧振器6是采用多層復(fù)合結(jié)構(gòu)的懸臂梁，表面鍍鋁，長1000微米、寬300微米、厚20微米。測量時(shí)，通過旋轉(zhuǎn)偏振變換器4使其快軸方向與入射光的偏振方向成45度，通過直流電源6控制光源1的工作電流，使得光源1的光注入光強(qiáng)調(diào)制度最大，當(dāng)信號監(jiān)視器10所示信號幅度達(dá)到最大時(shí)，圖1所示裝置達(dá)到自諧振狀態(tài)。通過測量光電二極管的輸出信號可獲得硅微諧振器的諧振頻率。
權(quán)利要求
1.一種硅微機(jī)械自諧振傳感裝置，它包括帶有直流電源(7)的光源(1)，其特征在于還有沿該光源(1)發(fā)射光前進(jìn)方向同光軸地依次置放通過保偏光纖(2)與光源(1)連接的準(zhǔn)直器(3)、偏振變換器(4)、參考平板(5)和諧振器(6)，一封裝在光源(1)內(nèi)部的光電轉(zhuǎn)換器(8)的輸出端經(jīng)前置放大器(9)與監(jiān)視器(10)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅微機(jī)械自諧振傳感裝置，其特征在于所述的光源(1)是內(nèi)部封裝了光電轉(zhuǎn)換器(8)的半導(dǎo)體激光器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅微機(jī)械自諧振傳感裝置，其特征在于所述的偏振變換器(4)是法拉第旋轉(zhuǎn)器，或者是四分之一波片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅微機(jī)械自諧振傳感裝置，其特征在于所述的參考平板(5)是一個(gè)對著偏振變換器(4)一側(cè)的表面上鍍有增透膜，對著諧振器(6)一側(cè)的表面上鍍有增反膜的光學(xué)平行平板，其反射率R滿足0.08＜R＜0.73，相應(yīng)地透射率T滿足0.27＜R＜0.92。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅微機(jī)械自諧振傳感裝置，其特征在于所述的諧振器(6)是指一端懸空另一端固定的微懸臂梁結(jié)構(gòu)，或者是兩端固定的橋式結(jié)構(gòu)，或者是四周都固定的膜式結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的硅微機(jī)械自諧振傳感裝置，其特征在于所述的信號監(jiān)視器10為示波器，或頻率計(jì)。
全文摘要
一種硅微機(jī)械自諧振傳感裝置，包括光源，沿光源發(fā)射光前進(jìn)方向同光軸地依次置放通過保偏光纖與光源連接的準(zhǔn)直器、偏振變換器、參考平板與諧振器。光源為半導(dǎo)體激光器。光源的工作電流通過直流電源控制，使得光源的光注入光強(qiáng)調(diào)制度最大，光源的輸出光強(qiáng)與諧振器的形變相互影響，動(dòng)態(tài)變化，使得諧振器達(dá)到自諧振狀態(tài)。本發(fā)明裝置的優(yōu)點(diǎn)是不需要高精度的F－P干涉腔，不易受外界干擾，不需要特殊裝置穩(wěn)定諧振狀態(tài)，容易實(shí)現(xiàn)自諧振。
文檔編號G02B6/42GK1844995SQ20061002592
公開日2006年10月11日 申請日期2006年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月21日
發(fā)明者劉英明, 王向朝 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所