[发明专利]一种光学谐振器低温温度传感器及其制备、封装方法

说明书

本发明提供一种光学谐振器低温温度传感器及其制备、封装方法，包括器件，器件包括晶圆基片和温度敏感薄膜，温度敏感薄膜设有输入光栅耦合器、输出光栅耦合器和光信号传输部件，光信号传输部件包括光波导和光学谐振腔，光波导与输入光栅耦合器、输出光栅耦合器耦合，光波导用于传输光信号及与光学谐振腔的光信号耦合，光学谐振腔对光场具有限制作用；温度敏感薄膜上方设有一层保护层，且保护层位于器件的顶层。本发明利用光波导的高传输效率及高热光效应性能，具有较高的分辨率及灵敏度，品质因数Q值高达10⁵～10⁶，并通过设计夹持光纤的光纤槽，使用耐低温胶，实现光纤与光栅的高效耦合封装，在常温至低温温区仍能实现信号的输入、输出。

技术领域

本发明涉及低温温度传感器技术领域，具体地，涉及一种光学谐振器低温温度传感器及其制备、封装方法。

背景技术

低温技术广泛应用于航天、国防、科研等领域，因此对深低温环境的要求越来越高，低温温度测量变得极为重要。目前，低温传感器主要分为电阻式温度传感器、PN结式温度传感器、热电偶式温度传感器和光学温度传感器。

光学温度传感器主要基于功率-温度，波长-温度两种方式进行温度检测。因其具有抗辐射，抗干扰，成本低，体积小等优点，在低温温度传感领域得到了广泛应用。其中，布拉格光栅温度传感器作为现已商用的温度传感器，已被应用于低温液氮存储，航空航天领域。经现有技术检索发现，Z.-S.Guo等人在Cryogenics上撰文“Cryogenic temperaturecharacteristics of the fiber Bragg grating sensors”，证明布拉格光栅光学温度传感器在低温区间具有8pm/K的温度灵敏度。然而，布拉格光栅温度传感器有着不可避免的缺点，即低Q值，低灵敏度且易受应力干扰。

光学谐振器因对目标分析物具有极高的灵敏度在生物分子检测、环境探测方面有了极大的应用，并且与布拉格光栅传感器相比有高Q值，抗电磁干扰等优点。光学谐振器是折射率敏感器件，主要根据目标物变化造成谐振波长偏移实现对目标物检测，灵敏度极高，能解决上述拉格光栅光学温度传感器存在的灵敏度偏低即易受应力干扰等问题，因此，目前，需要开发出一种基于光学谐振器的低温光学温度传感器。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种光学谐振器低温温度传感器及其制备、封装方法。

本发明第一个方面提供一种光学谐振器低温温度传感器，包括器件，所述器件包括晶圆基片和设于所述晶圆基片上的温度敏感薄膜，所述温度敏感薄膜设有输入光栅耦合器、输出光栅耦合器和光信号传输部件，其中，所述光信号传输部件包括光波导和光学谐振腔，所述光波导与所述输入光栅耦合器、所述输出光栅耦合器耦合，所述光波导将光由所述输入光栅耦合器耦合进入所述光学谐振腔并与所述光学谐振腔的光信号耦合后再从所述输出光栅耦合器耦合输出，所述光学谐振腔对光场具有限制作用；

所述温度敏感薄膜上方设有一层保护层，且所述保护层位于所述器件的顶层。

优选地，光学谐振器低温温度传感器包括封装结构，所述封装结构设置于所述器件的上方；所述封装结构包括第一光纤、第二光纤、第一光纤槽和第二光纤槽，其中，所述第一光纤、所述第二光纤分别设置于所述第一光纤槽、所述第二光纤槽内，所述第一光纤槽、所述第二光纤槽的端部分别与所述输入光栅耦合器、所述输出光栅耦合器采用紫外固化胶粘结，使光信号通过所述第一光纤、所述第二光纤分别与所述输入光栅耦合器、所述输出光栅耦合器耦合。

优选地，所述保护层为氧化硅层或氮化硅层。

优选地，所述晶圆基片的厚度为500μm～2mm。

优选地，所述晶圆基片选用SOI(绝缘衬底上的硅片)、有氧化层的硅片、玻璃片、氮化硅片以及氧化硅片中任一种。

优选地，所述温度敏感膜折射率大于所述晶圆基片折射率，使光场能被限制在所述温度敏感膜中。