[发明专利]基于级联双环谐振腔游标效应的光学加速度计芯片

说明书

本发明公开了一种基于级联双环谐振腔游标效应的光学加速度计芯片。包括宽谱光源、模斑转换器、光隔离器、敏感单元、上电极、下电极、F‑P腔、第一Y波导、第二Y波导、2:1型Y波导、第一光功率计、第二光功率计、解调反馈电路、铌酸锂单晶薄膜层、二氧化硅氧化层、硅衬底、封装外壳。本发明具有两个独立的光学谐振腔：施加x向加速度，第一环形波导与椭圆盘间距改变，造成谐振波长的偏移，可以同时获得加速度的大小与方向；两个谐振腔的半径有微小差异，利用光学谐振腔输出光干涉产生的游标效应可以放大第一环形波导谐振波长的频移信号。本发明体积小、精度高、制造工艺简单，抗电磁干扰，有较高的可靠性。

技术领域

本发明属于集成光学和惯性传感技术领域的一种光学加速度计，尤其涉及了一种基于级联双环谐振腔游标效应的光学加速度计芯片。

背景技术

近年来，随着微电子技术、集成电路技术和微加工技术的日益成熟，MEMS加速度计以其体积小、成本低、可靠性高、适合批量生产等优点受到了广泛关注并得到了快速发展，在航空航天、地震监测、姿态辨识、畜牧养殖、智能医疗等多个领域中得到了广泛应用。但MEMS加速度计由于其有限的分辨率和动态范围，无法应用于高精度惯性导航与制导领域，在研制新型加速度计的迫切愿景下催生了MOEMS加速度计。

MOEMS加速度计相比于MEMS加速度计，采用光学检测的方法，能够实现更高灵敏度和分辨率的检测；同时，MOEMS加速度计的核心部件具有天然的抗电磁干扰能力，并且能够通过光纤连接，远程放置光电子线路，可以满足强电磁干扰等复杂的应用环境要求。

游标效应，作为一个常用的提高灵敏度的方法，被广泛应用于环形谐振器，法布里-珀罗干涉仪(FPI)等传感器件中，可以将灵敏度放大一个数量级，很大程度上提高了传感效率。

伴随着加速度计系统精密化和集成化的发展需求，单片集成的光学加速度计亟待发展。在微纳米技术和微加工工艺等发展推动下，制成高精度的基于级联双环谐振腔游标效应的光学加速度计芯片已成为可能。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明提供了一种级联双环谐振腔游标效应的光学加速度计芯片，其利用了两个环形谐振腔的游标效应，具有探测精度高、体积小、精度高、制造工艺简单、抗电磁干扰、可靠性好等优点。

本发明采用的技术方案如下：

本发明包括宽谱光源、模斑转换器、光隔离器、敏感单元、上电极、下电极、F-P腔、第一弯曲波导、第二直波导、第二弯曲波导、第三直波导、第一1:2型Y波导、第四直波导、第二1:2型Y波导、第五直波导、第六直波导、2:1型Y波导、第七直波导、第八直波导、第一光功率计、第二光功率计、解调反馈电路、铌酸锂单晶薄膜层、二氧化硅氧化层和硅衬底；

硅衬底、二氧化硅氧化层和铌酸锂单晶薄膜层从下至上依次层叠布置，铌酸锂单晶薄膜层的上表面通过刻蚀形成第一弯曲波导、第二直波导、第二弯曲波导、第三直波导、第一1:2型Y波导、第四直波导、第二1:2型Y波导、第五直波导、第六直波导、2:1型Y波导、第七直波导和第八直波导；二氧化硅氧化层和铌酸锂单晶薄膜层共同刻蚀形成敏感单元；