[发明专利]一种压力传感器及其制备方法、压力检测系统

权利要求书

1.一种基于光波导环形谐振腔的压力传感器，其特征在于：由包括从顶部到底部依次为硅层、氧化硅层和硅层的SOI硅片蚀刻而成；底部的硅层蚀刻出腔体结构；顶部的硅层经蚀刻后形成的结构包括：输入硅条单元、环形硅条单元和耦合光输出硅条单元；

所述输入硅条单元包括直线硅条，用于接收外部的光线；

所述环形硅条单元包括由n条直线硅条首尾连接形成的环形结构和一输入介质槽、n-2个反射介质槽，一输出介质槽，n为大于等于3的整数；所述输入介质槽用于对输入硅条单元传输的光线进行部分反射、部分透射，并将部分透射的光线传输至所述环形硅条单元的一直线硅条中；所述反射介质槽用于将所述环形硅条单元中的一直线硅条中的光线完全反射到另一直线硅条中；所述输出介质槽用于对所述环形硅条单元中的一直线硅条中的光线进行部分反射、部分透射，并将部分透射的光线传输至所述输出硅条单元中；所述环形硅条单元中，所述输入介质槽、n-2个所述反射介质槽和所述输出介质槽分别设置在所述环形结构的n个角部位置，且各介质槽的垂直线为相应角的角平分线；所述输入介质槽和输出介质槽的宽度为150～250纳米，所述反射介质槽的宽度在5微米以上，所述输入介质槽、输出介质槽和反射介质槽贯穿所述顶部的硅层，各介质槽内填充均一的折射率在1.5以下的物质；

所述耦合光输出硅条单元包括直线硅条，用于将接收的光线输出至外部；

各直线硅条的横截面结构由两侧的深度为h的硅层和中间深度为H、宽度为W的凸起硅层组成，h、H和W满足如下要求：其中，r＝h/H，c为0.3。

2.根据权利要求1所述的基于光波导环形谐振腔的压力传感器，其特征在于：所述n为4，所述环形硅条单元包括4条直线硅条首尾连接形成的四边形结构和一输入介质槽、两个反射介质槽和一输出介质槽。

3.根据权利要求2所述的基于光波导环形谐振腔的压力传感器，其特征在于：所述四边形结构为方形结构。

4.根据权利要求3所述的基于光波导环形谐振腔的压力传感器，其特征在于：所述输入介质槽、2个反射介质槽和一输出介质槽分别设置在所述方形结构的四个角部位置，且各介质槽设置的角度使得各自的垂直线为所述方形结构相应角的角平分线。

5.根据权利要求1所述的基于光波导环形谐振腔的压力传感器，其特征在于：顶部的硅层经蚀刻后形成的结构还包括补充端输入硅条单元和反射光输出硅条单元，所述反射光输出硅条单元包括直线硅条，用于将所述输入介质槽部分反射的光线输出至外部；所述补充端输入硅条单元包括直线硅条，用于接收外部的补充光线，输入至所述输出介质槽，经所述输出介质槽部分透射后传输至所述环形硅条单元的一直线硅条中。

6.根据权利要求1所述的基于光波导环形谐振腔的压力传感器，其特征在于：所述腔体结构贯穿所述底部的硅层。

7.根据权利要求1所述的基于光波导环形谐振腔的压力传感器，其特征在于：所述耦合光输出硅条单元包括两条相互垂直设置的直线硅条和一输出端反射介质槽，所述输出端反射介质槽用于将一条直线硅条中的传输的光线完全反射至另一条直线硅条中。

8.一种基于光波导环形谐振腔的压力传感器的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：准备SOI硅片，所述SOI硅片的顶部到底部依次为硅层、氧化硅层和硅层；按照权利要求1～7任一所述的压力传感器中的直线硅条、介质槽的要求蚀刻所述SOI硅片的顶部硅层；蚀刻所述SOI硅片的底部的硅层，使其形成衬底腔体。

9.一种压力检测系统，其特征在于：包括激光器、偏振控制器、单模光纤、压力传感器和光探测器，所述压力传感器为如权利要求1～7任一所述的压力传感器，所述激光器用于发射激光，所述单模光纤用于接收所述激光器发射的激光并传输，所述偏振控制器用于将所述单模光纤中传输的光线调整为单模模式的偏振光，所述压力传感器用于接收所述单模光纤输出的单模模式的偏振光，并将所述压力传感器的氧化硅层上施加的压力信息转换为所述压力传感器中环形硅条单元的谐振信息，所述光探测器用于探测所述压力传感器的耦合光输出硅条单元输出的偏振光的光强。