[发明专利]可调纳米光栅及纳米光栅加速度计及其加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种加速度计量装置，尤其涉及一种可调纳米光栅及纳米光栅加速度计及其加工方法。

背景技术

纳米光栅加速度计是用于测量加速度及加速度变化的装置。纳米光栅加速度计是基于光栅的矢量衍射理论和纳米加工技术。当光栅的结构尺寸(周期、缝深等)远大于入射光波长时标量理论还是比较成功的。但对亚波长光栅(光栅尺寸与入射光波长接近或比入射光波长小)而言，其结构尺寸为波长、亚波长量级，这时标量衍射理论的假设不再成立，必须使用严格的矢量衍射理论来分析和设计。矢量衍射理论的基础是严格的电磁波理论，不作任何的近似和假设，使电磁场严格满足麦克斯韦方程组和边界条件，从而对光学元件的性能进行研究。矢量衍射理论对比与标量衍射理论有如下不同：

(1)从推导过程来看，矢量衍射理论的推导过程复杂，其计算过程必须使用计算机进行数值计算，而标量理论相对简单。

(2)矢量衍射理论能够分别计算出反射和透射波的衍射效率，而标量衍射理论却不能。

(3)矢量衍射理论计算中，衍射效率与入射光的波长、光栅周期、光栅深度、以及介质的折射率大小都有关系，而在标量衍射理论中，衍射效率的计算与这些因素无关。

(4)矢量衍射理论中，计算衍射效率时要考虑入射波的偏振状态，但是在标量衍射理论中没有考虑入射波的偏振状态。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、灵敏度高、能应用矢量衍射理论的可调纳米光栅及纳米光栅加速度计及其加工方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的可调纳米光栅，包括可动子光栅和固定子光栅，所述可动子光栅和固定子光栅分别包括多个单光栅；

所述可动子光栅的多个单光栅沿着水平轴均匀间隔布置，并固定在梁上；

所述固定子光栅的多个单光栅沿着水平轴均匀间隔布置，并固定在基座上；

所述可动子光栅和固定子光栅的多个单光栅上下交叉排列，构成多个隙缝；

所述梁为活动梁，所述活动梁连接有质量块。

本发明的纳米光栅加速度计，包括激光光源、加速度计芯片、光电探测装置，所述加速度计芯片包括上述的可调纳米光栅；

所述激光光源发出的光穿过所述可调纳米光栅的多个单光栅构成的隙缝后，被所述光电探测装置接收。

本发明的可调纳米光栅或纳米光栅加速度计的加工方法，包括步骤：

首先，在多晶硅表面淀积一层十几纳米厚的薄金层；

其次，将待加工的物放入加速电压为30KV的聚焦离子束/扫描电镜双束系统中，在特定的放大倍数下，将离子束聚焦成5-7nm束斑；

之后，将束斑移动至待加工物表面需制备纳米光栅的位置进行加工，得到纳米光栅结构。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明所述的可调纳米光栅及纳米光栅加速度计及其加工方法，由于以可调纳米光栅作为传感部分的中心元件，且与质量块和梁共同组成传感头，光源照射可调纳米光栅，利用光电探测器和检测电路进行信号加速度检测，计算时以矢量衍射理论为基础，结构简单、灵敏度高。

附图说明

图1为本发明中纳米光栅系统原理流程框图；

图2为本发明的可调纳米光栅的结构示意图；

图3为本发明的纳米光栅加速度计的结构示意图；

图4为具体实施例的设计加工光栅示意图。

图中：1.可动子光栅，2.固定子光栅，3.单光栅，4.梁，5.质量块，6.激光光源，7.加速度计芯片，8.可调纳米光栅，9.质量块，10.光电探测器，11.信号检测电路，12.信号检测电路。

具体实施方式

本发明的可调纳米光栅，其较佳的具体实施方式是：

包括可动子光栅和固定子光栅，所述可动子光栅和固定子光栅分别包括多个单光栅；

所述可动子光栅的多个单光栅沿着水平轴均匀间隔布置，并固定在梁上；

所述固定子光栅的多个单光栅沿着水平轴均匀间隔布置，并固定在基座上；

所述可动子光栅和固定子光栅的多个单光栅上下交叉排列，构成多个隙缝；

所述梁为活动梁，所述活动梁连接有质量块。

本发明的纳米光栅加速度计，其较佳的具体实施方式是：

包括激光光源、加速度计芯片、光电探测装置，所述加速度计芯片包括上述的可调纳米光栅；

所述激光光源发出的光穿过所述可调纳米光栅的多个单光栅构成的隙缝后，被所述光电探测装置接收。

所述激光光源、加速度计芯片和光电探测装置可以分别有两个。

所述单光栅的宽度和厚度可以小于所述激光光源发出的光的波长。