[发明专利]马赫-曾德尔干涉型微流控光学陀螺芯片的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新颖的基于微流控技术的马赫-曾德尔干涉型光学陀螺芯片的制作方法，属于光纤传感器集成技术领域。

背景技术

微流控光学是一项具有重要意义的新技术，它将现代微流控技术和微光电子技术相结合，研制一类能够根据外界环境变化、具有结构重组和自适应调节能力的光学集成器件和系统，将在传感、通信、信息处理等领域具有重要的应用前景。

光学陀螺具有十分广泛的应用领域，包括国防军工、工程测量、石油钻探、飞行导航、GPS定位以及智能机器人控制等。目前已发展到以光纤陀螺和集成光学陀螺为标志的新阶段，并且受到各种应用的广泛关注。各种类型的光纤陀螺，其基本原理都是利用Sagnac效应，只是各自所采用的位相或频率解调方式不同，或者对光纤陀螺的噪声补偿方法不同而已。根据sagnac效应，如图1，一环形光路在惯性空间绕垂直于光路平面的轴转动时，光路内相向传播的两列光波之间，将因光波的惯性运动而产生光程差，从而导致两束相干光波的干涉。对于光纤陀螺仪，光在介质中传播，其光程差与介质的折射率有关，也与介质的切线速率有关。该光程差对应的位相差与旋转角速率之间有一定的内在联系，通过对干涉光强信号的检测和解调，即可确定旋转角速率。本专利中就是采用微环腔结构的光学陀螺利用萨格纳(Sagnac)效应，产生光程差，得到转动角速度的信息。

因此，本发明的创新之处在于，结合了微流控技术后为传统光纤陀螺器件的微型化、集成化、低成本化以及高精度控制提供了可能。

参考文献：

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发明内容

技术问题：本发明的目的在于提出一种基于微流控的马赫-曾德尔干涉型微环腔光学陀螺芯片的制作方法，解决光学陀螺集成化制作方法问题，实现结构功能.

技术方案：

1、基本原理和芯片结构：

本发明的基于微流控的微环腔光陀螺的基本结构如图2所示，它是“上盖板+微型气泵层+光波导层+下底板”的夹心结构。单元结构中，第一层为上盖板，上面留有排气孔、注液孔和电极孔；第二层为微型气泵层，其上有微型气泵模块，以及与上盖板上小孔对应匹配的排气孔，注液孔及电极孔；第三层是光波导层，除了利用微流道工艺制作的微流道外，中部是储液小槽及与环形流道相通的细流道；第四层为下底板，在下底板下有支撑系统的支点。在该结构中，上盖板、光波导层和下底板皆采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)。考虑到PDMS材料的透光性，结构的上盖板，下底板都需要做遮光处理——即镀反射膜。同时，PDMS材料极强的疏水性，需要通过涂抹聚乙烯醇(PVA)材料来改善。

该系统结构中增加了排气孔。原因有两点，首先在封闭的微环结构中方便注液孔液体的进入，避免气体压强的反压力抵制液体的毛细作用，同时有利于控制液体的流量；其次，由于PDMS对于多数非极性气体稍微渗透，故为了避免非极性气体进入微流道，产生气泡而影响光波导及产生光损耗，就需要去除细管和小槽的非极性气体。系统运行时，可由注液孔向流道内注入液体，液体可选用硅油(1.41)，甘油(1.47)，苯(1.50)等折射率大且无色，透明的液体。随着液体的注入，流道内多余的气体可以由排气孔排出。