專利名稱：一種高分辨率導(dǎo)模共振角度測(cè)微儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種測(cè)量?jī)x器，特別涉及一種高分辨率導(dǎo)模共振角度測(cè)微儀。
背景技術(shù)：
導(dǎo)模共振濾波器(GMRF)結(jié)構(gòu)以其極窄的帶寬，近乎100%的反射率和波長(zhǎng)，角度的敏感性等優(yōu)越特性得到了廣泛的應(yīng)用，如在光纖通信領(lǐng)域中利用GMRF得到單色性極好的單色光，擴(kuò)展通信帶寬；在生物醫(yī)學(xué)方面，利用GMRF結(jié)構(gòu)對(duì)波長(zhǎng)的敏感性制作了高靈敏度無標(biāo)簽生物傳感器。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型是針對(duì)導(dǎo)模共振濾波器的特點(diǎn)和運(yùn)用的問題，提出了一種高分辨率導(dǎo)模共振角度測(cè)微儀，利用導(dǎo)模共振濾波器結(jié)構(gòu)對(duì)入射光線的角度敏感性設(shè)計(jì)了高靈敏度的角度測(cè)微儀，可測(cè)最微小角度。本實(shí)用新型的技術(shù)方案為一種高分辨率導(dǎo)模共振角度測(cè)微儀，包括光源、導(dǎo)模共振濾波器、發(fā)射光纖探頭、反射光接收器、光譜儀，光源通過發(fā)射光纖探頭將入射光射到導(dǎo)模共振濾波器表面上，導(dǎo)模共振濾波器表面射出反射光通過反射光接收器接收后，送入光譜儀。所述導(dǎo)模共振濾波器包括石英基片及石英基片上面的氧化鉿光柵。本實(shí)用新型的有益效果在于本實(shí)用新型高分辨率導(dǎo)模共振角度測(cè)微儀，利用導(dǎo)模共振濾波器對(duì)于入射光的角度敏感性來實(shí)現(xiàn)高分辨率的角度測(cè)量，為精密測(cè)量提供了另
一途徑。

圖1為入射導(dǎo)模共振濾波器相對(duì)位置示意圖；圖2為通過導(dǎo)模共振濾波器光譜儀測(cè)得反射光譜圖；圖3為本實(shí)用新型高分辨率導(dǎo)模共振角度測(cè)微儀中導(dǎo)模共振濾波器示意圖；圖4為本實(shí)用新型高分辨率導(dǎo)模共振角度測(cè)微儀整體結(jié)構(gòu)圖；圖5為通過導(dǎo)模共振濾波器光譜儀測(cè)得兩束光的反射光譜圖。
具體實(shí)施方式
導(dǎo)模共振濾波器為一種亞波長(zhǎng)光柵結(jié)構(gòu)，如圖1所示，基底層，波導(dǎo)層、光柵層，通過計(jì)算得到合適的光柵各部分參數(shù)，如各部分所用的材料折射率，各層的厚度，光柵常數(shù)等，我們讓一束白光入射到設(shè)計(jì)好的導(dǎo)模共振濾波器表面，然后測(cè)反射光的光譜，會(huì)得到如圖2—樣的光譜圖，從圖2中我們可以知道，入射的白光只有峰值處波長(zhǎng)的部分被百分之百反射回來，我們稱這個(gè)波長(zhǎng)為共振波長(zhǎng)，其他成分的反射率非常小，幾乎沒有。當(dāng)改變?nèi)肷涞陌坠獾娜肷浣嵌葧r(shí)，測(cè)得的反射光譜也會(huì)發(fā)生改變，主要是共振波長(zhǎng)會(huì)發(fā)生一個(gè)微小的改變，這個(gè)共振波長(zhǎng)的微小改變可以表征入射白光的角度變化量，也就是我們要測(cè)得微小角度。利用其對(duì)入射光線的入射角度的敏感性，制作一種高分辨率導(dǎo)模共振角度測(cè)微儀，首先制作需要的導(dǎo)模共振濾波器，包括如下具體步驟A:導(dǎo)模共振光柵的制作。在石英基片上面鍍制一層厚度為221nm的氧化鉿材料的薄膜層，將清洗好的石英基片固定在鍍膜機(jī)頂部，在要鍍制的氧化鉿材料放置于鍍膜機(jī)底部的坩堝內(nèi)，然后關(guān)閉鍍膜機(jī)的腔體，對(duì)其進(jìn)行抽真空，當(dāng)真空度達(dá)到10-2 時(shí)，就可以將坩堝中的氧化鉿材料進(jìn)行熔化，氧化鉿變成氣態(tài)蒸發(fā)起來附著在鍍膜機(jī)頂部的石英基片上，通過厚度監(jiān)控儀，當(dāng)石英基片上氧化鉿薄膜層厚度達(dá)到221nm后停止鍍膜。這樣就得到了鍍有氧化鉿薄膜層的石英基片了。B:接著在氧化鉿薄膜層上面涂一層光刻膠，我們利用此光刻膠層來做一層掩膜， 此光刻膠就像照相用的膠片上面那種材料一樣，對(duì)光很敏感，曝光顯影后，感光部分曝光會(huì)造成聚合鏈的斷裂，產(chǎn)生可以被溶解并清除的單元。這一層光刻膠層做好之后，拿到全息曝光系統(tǒng)下面去曝光。全息曝光系統(tǒng)是利用一個(gè)半透半反的平面鏡，對(duì)激光光束進(jìn)行分束，得到兩束相干的激光束，再讓兩束激光經(jīng)過擴(kuò)束鏡，準(zhǔn)直透鏡最后相交在一個(gè)平面上，在這個(gè)平面上會(huì)產(chǎn)生干涉條紋，這個(gè)條紋就跟光柵的形狀一樣。我們將涂好光刻膠的基片置于這個(gè)平面上，曝光一分鐘，然后放在顯影液里面顯影，但看到基片表面有彩色條紋時(shí)，取出基片用去離子水清洗基片表面，去除基片上殘留的溶液和雜質(zhì)。這樣掩膜就做好了。C:接下來要將做好的樣品使用離子反應(yīng)蝕刻機(jī)里面進(jìn)行蝕刻，這樣就將上面沒有光刻膠的氧化鉿蝕刻掉了，最后將殘余的光刻膠用氫氧化鈉洗掉，這樣就得到了石英基片上面的氧化鉿光柵，結(jié)構(gòu)如附圖3所示，這就是我們要做的導(dǎo)模共振濾波器。然后將做好的導(dǎo)模共振濾波器置于如圖4所示高分辨率導(dǎo)模共振角度測(cè)微儀中， 光源2通過發(fā)射光纖探頭3將入射光以某一角度θ 1入射到導(dǎo)模共振濾波器1表面，這時(shí)在導(dǎo)模共振濾波器1表面會(huì)有一個(gè)反射光，通過反射光接收器4接收反射光，送入光譜儀5 得到反射光的光譜，光譜圖如圖5，圖中有一個(gè)最高點(diǎn)，即峰值，我們稱其為共振峰，我們測(cè)得這一個(gè)共振峰所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)為λ 1 ；然后我們改變?nèi)肷涔饩€的入射角度Δ θ以θ 2的角度入射，再測(cè)其反射光譜，得到另一個(gè)峰值波長(zhǎng)為λ 2，角度變化量為Δ Θ = Θ2-Θ1，對(duì)應(yīng)的峰值變化量即波長(zhǎng)漂移量為△ λ = λ1-λ 2，我們?cè)O(shè)計(jì)的導(dǎo)模共振濾波器都有一個(gè)固定的 S值，S=A Θ/Δ λ。每一個(gè)設(shè)計(jì)好的導(dǎo)模共振濾波器都有與其對(duì)應(yīng)的S值，也就是S是已知的。如前面所述，當(dāng)入射光改變一個(gè)微小的角度△ θ時(shí)，使用光譜儀可以測(cè)得反射光波峰的漂移量Δ λ，Δ λ也是已知的，我們想要知道這個(gè)Δ θ值，通過公式Δ θ = Δ λ *S，可以求得Δ θ的值。我們使用的光譜儀的極限分辨率為0.06nm，通過計(jì)算得到可以探測(cè)的極限角度為0.004°。
權(quán)利要求1.一種高分辨率導(dǎo)模共振角度測(cè)微儀，其特征在于，包括光源、導(dǎo)模共振濾波器、發(fā)射光纖探頭、反射光接收器、光譜儀，光源通過發(fā)射光纖探頭將入射光射到導(dǎo)模共振濾波器表面上，導(dǎo)模共振濾波器表面射出反射光通過反射光接收器接收后，送入光譜儀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述高分辨率導(dǎo)模共振角度測(cè)微儀，其特征在于，所述導(dǎo)模共振濾波器包括石英基片及石英基片上面的氧化鉿光柵。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種高分辨率導(dǎo)模共振角度測(cè)微儀，光源發(fā)射入射光到導(dǎo)模共振濾波器表面上，發(fā)射光路上置發(fā)射光纖探頭，導(dǎo)模共振濾波器表面射出反射光通過反射光接收器接收后，送入光譜儀。利用導(dǎo)模共振濾波器對(duì)于入射光的角度敏感性來實(shí)現(xiàn)高分辨率的角度測(cè)量，為精密測(cè)量提供了另一途徑。
文檔編號(hào)G01C1/00GK202101661SQ20112019024
公開日2012年1月4日 申請(qǐng)日期2011年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月8日
發(fā)明者莊松林, 張大偉, 楊惠尹, 王 琦, 胡金兵, 陶春先, 黃元申 申請(qǐng)人:上海理工大學(xué)