[发明专利]一种三维纳米尺度光子晶体力传感器

说明书

技术领域

本发明涉及力的测量领域。

背景技术

目前，已知的纳米力传感器多数利用弹性体机械形变来间接实现力的测量。对于机械形变的测量主要由电容式和压电式两种方法。电容式的形变测量输出为非线性，并且寄生电容对灵敏度和精度的影响较大；压电式形变测量对湿度要求较高，其应用范围受到了极大地限制。因此，现有的传感器存在着测量精度低和不能实现三维测量的缺点。

发明内容

本发明是为了解决现有的传感器不能实现三维测量及测量精度低的问题。现提供一种三维纳米尺度光子晶体力传感器。

一种三维纳米尺度光子晶体力传感器，它包括一号微悬臂梁传感器、二号微悬臂梁传感器、三号微悬臂梁传感器和纳米谐振腔，

所述一号微悬臂梁传感器和二号微悬臂梁传感器的结构相同，所述一号微悬臂梁传感器为长方体的平板结构，该平板结构的正面嵌有相互平行的两条纳米谐振腔，所述纳米谐振腔平行于所述平板结构的短边；在所述两条纳米谐振腔与所述平板结构的末端之间的背面设置有凸起的基座；

二号微悬臂梁传感器位于三维直角坐标系的XOZ平面上，且二号微悬臂梁传感器的基座位于Y轴负方向，一号微悬臂梁传感器位于三维直角坐标系的XOY平面上，且一号微悬臂梁传感器的基座位于Z轴负方向，所述一号微悬臂梁传感器位于二号微悬臂梁传感器两条短边的中心连线上，且一号微悬臂梁传感器一个侧面与二号微悬臂梁传感器首端侧面位于同一平面内；

所述三号微悬臂梁传感器为L形的平板结构，且所述三号微悬臂梁传感器的底端为L形基座，所述L形的平板结构的内侧面嵌有相互平行的两条纳米谐振腔，所述纳米谐振腔平行于所述L形的平板结构的顶边，且所述纳米谐振腔位于YOZ面上，所述三号微悬臂梁传感器位于三维直角坐标系的YOZ平面上，且三号微悬臂梁传感器的L形基座位于X轴正方向，所述一号微悬臂梁传感器的顶端垂直且平分三号微悬臂梁传感器的L形基座，且一号微悬臂梁传感器的一个侧面与三号微悬臂梁传感器的外侧面位于同一平面内。

纳米谐振腔的形状为带状。

一号微悬臂梁传感器上的两条纳米谐振腔的长度与所述一号微悬臂梁传感器的宽度相等。

所述纳米谐振腔为三维光子晶体。

本发明适用于对三维力进行测量。

本发明所述的一种三维纳米尺度光子晶体力传感器，将纳米谐振腔与微悬臂梁相结合，通过限定三个微悬臂梁传感器的位置关系，使得X方向、Y方向和Z方向上的力的测量互不干扰，从而实现对X方向、Y方向和Z方向上的三维力进行测量，实现了三维测量，且采用纳米谐振腔提高了测量精度，相比现有的微悬臂梁传感器，精度提高了30%以上。

附图说明

图1是本发明所述的一种三维纳米尺度光子晶体力传感器的立体图；

图2是图1的Z向视图；

图3是图1的X向视图；

图4是将纳米谐振腔嵌在微悬臂梁传感器上的制备过程；

图5是本发明所述的一种三维纳米尺度光子晶体力传感器的测量原理；

图6是当悬臂梁长为30μm宽为15μm时，X方向分力和输出波长的变化关系曲线；

图7是当悬臂梁长为30μm宽为15μm时，Y方向分力和输出波长的变化关系曲线；

图8是当悬臂梁长为30μm宽为15μm时，Z方向分力和输出波长的变化关系曲线；

图9是当悬臂梁长为30μm宽为15μm时，X方向分力和输出波长增量的变化关系曲线；

图10是当悬臂梁长为30μm宽为15μm时，Y方向分力和输出波长增量的变化关系曲线；

图11是当悬臂梁长为30μm宽为15μm时，Z方向分力和输出波长增量的变化关系曲线。

其中，1为一号微悬臂梁传感器、2为二号微悬臂梁传感器、3为三号微悬臂梁传感器、4为纳米谐振腔、5为牺牲层、6为硅层、7为基底层、8为激光器、9为偏振光选择器、10为一号光纤、11为二号光纤、12为检测器，1-1为一号微悬臂梁传感器的基座，2-1为二号微悬臂梁传感器的基座，3-1为三号微悬臂梁传感器的L形基座。

具体实施方式

具体实施方式一：参照图1、图2和图3具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种三维纳米尺度光子晶体力传感器1、它包括一号微悬臂梁传感器1、二号微悬臂梁传感器2、三号微悬臂梁传感器3和纳米谐振腔4，