可用于谐振式陀螺的厘米级高Q值平面微腔的关键技术研究

可用于谐振式陀螺的厘米级高Q值平面微腔的关键技术研究

作者:师大云端图书馆 时间:2018-03-30 分类:硕士论文 喜欢:2189
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【摘要】集成化的微型光波导谐振式陀螺是基于谐振式陀螺原理、利用微机电系统工艺制作出的小体积、可批量化的芯片级光学陀螺,它不仅可以大大减小器件体积和重量,还能充分减小器件的热效应,是陀螺发展的一个重要方向。作为谐振式陀螺和核心敏感单元,谐振腔的选择一直是陀螺研究的重点,但传统的光纤环形谐振腔难以实现芯片级的集成化生产,不能应用于集成化微型陀螺,目前常用于集成光波导陀螺的掺杂二氧化硅波导环形谐振腔和铌酸锂波导腔由于Q值不高,导致其用于陀螺的灵敏度不高,针对这些问题,本文选取以硅基二氧化硅楔形腔作为集成微光学陀螺的核心敏感单元,并对其工艺制作方法展开研究。文章通过分析谐振式陀螺原理和由光电探测器决定的陀螺极限分辨率,得出提高谐振腔的Q值和腔直径乘积是提高陀螺灵敏度的关键;硅基二氧化硅楔形腔不仅具有极高的Q值潜力,又能利用MEMS工艺进行批量化生产,而且具备做到较大尺寸的可能,很适合用于集成化微型光波导陀螺。通过大量工艺实践的探索,总结出一套采用湿法腐蚀法制作楔形腔的工艺方案,详细介绍了工艺参数的选定过程和工艺过程中需注意的细节;分析了许多工艺中遇到的问题,并介绍了产生问题的原因和解决方法。然后基于大量实验基础,总结了腐蚀楔角与所用掩膜层的关系,得出同种光刻胶厚度越厚腐蚀楔角越大;不同光刻胶边缘形貌陡直度越高,楔角越大的结论。为了验证所述工艺的可行性,文章搭建了楔形腔谐振性能测试系统,完成耦合实验,测试结果显示直径1.5cm的谐振腔Q值达到2×106,用于陀螺系统中,极限灵敏度可达3°/h。此外,文章还对谐振腔原理作了详细介绍,对耦合系数和谐振腔长对Q值的影响做了理论分析和实验验证。
【作者】马可贞;
【导师】闫树斌;
【作者基本信息】中北大学,电子与通信工程,2014,硕士
【关键词】集成光学陀螺;光学谐振腔;楔形腔;湿法腐蚀;陀螺灵敏度;

【参考文献】
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