[发明专利]采用二氧化碳激光制备回音壁模式微泡探针谐振器的方法、谐振器及压力感测系统

说明书

本发明公开了一种采用二氧化碳激光制备回音壁模式微泡探针谐振器的方法，包括如下步骤：采用二氧化碳激光对一石英毛细管进行加工，使之一端形成带接触探针的回音壁模式微泡腔，然后将一波导与所述回音壁模式微泡腔的赤道面圆周相耦合。该方法采用二氧化碳激光制备回音壁模式微泡探针谐振器。本发明还公开一种回音壁模式微泡探针谐振器及压力感测系统。

技术领域

本发明涉及传感技术，尤其涉及一种采用二氧化碳激光制备回音壁模式微泡探针谐振器的方法、谐振器及压力感测系统。

背景技术

在微型系统、材料检测、生物样品检测等领域里，微小物理量的测量十分关键。尤其对于微小力和位移的测量，在实际操作中不仅能够为使用者提供反馈和指导，还能转化为成像信息，对待测物表面进行成像。在微型系统的制备和装配中，由于目标物体非常微小，机械强度不高，往往需要对操作时产生的力进行传感，以指导操作者在不损伤微型器件的情况下完成操作。在材料检测中，材料杨氏模量的测量十分关键，可以通过标准探针的不断按压来实现。在生物样品检测中，通过标准探针按压表面能够得到生物组织的力学特性，按压产生的反馈还能转化为表面形貌的信息，实现对生物样品表面的成像。

微机电力学传感器（MEMS Force Sensors）是一类成熟的力学传感器，其基于微机电系统及电学原理能够对力进行传感测量。这类传感器种类多、应用广泛，适用于精度不高的工程应用。然而，电学本质限定了其必然具有一定的体积来容纳电路。为了缩减体积、保障电路稳定工作，此类传感器一般具有特定形状的封装。此外，电学本质也限定了其不抗电磁干扰、不抗化学腐蚀性，且无法在含电解质的液体环境中工作。这些不足都很大程度上使得此类传感器无法在某些特定的环境下工作，也限制了测量目标的种类。较差的精度和响应时间也让微机电力学传感器无法用于高精密的微型系统装配、材料检测、科学研究等场景。

回音壁模式微腔作为光学微腔的一种，以高品质因子和极小的模式体积备受关注。当外界条件改变时，微腔中的光学回音壁模式的相位匹配条件也随之改变，直接反映为谐振光谱上的谐振峰偏移。由此将外界待测量转化为光信号并予以读出。这种传感方式具有微米级的尺寸且使用光信号作为信息媒介，可达到极高的灵敏度和探测下限，非常适用于高精度的传感场景，还不受电磁干扰、可以在含有电解质、具有腐蚀性的液体环境中工作，相比其他其他力学传感器具有易制备、低成本、高机械强度的特点。

专利号为CN201910039059.4的中国专利中公开了一种基于双瓶状微型谐振腔的光学传感器，包括双瓶状微型谐振腔；激光器；波导；以及 光学探测仪；其中，所述波导的一端与所述激光器相连，另一端与所述光学探测仪相连，并且所述波导与所述双瓶状微型谐振腔耦合，所述波导与所述双瓶状微型谐振腔的耦合点位于所述两个回音壁模式光学微腔的结合点的位置；其中：所述双瓶状微型谐振腔用于将通过所述波导与所述双瓶状微型谐振腔之间的耦合而进入所述双瓶状微型谐振腔的激光，在所述两个回音壁模式光学微腔中分别形成回音壁式光学谐振以得到用于所述光学传感器探测的谐振光谱；所述波导用于接收所述激光器发射的激光，并通过所述耦合使激光进入所述双瓶状微型谐振腔，通过所述耦合获得所述谐振光谱，以及将所述谐振光谱输出至所述光学探测仪。 该光学传感器探测压力、位移、电场、或磁场等物理量时，主要是影响回音壁模式光学微腔的尺寸。在这些物理量的作用下，双瓶状微型谐振腔的材料会发生形变。谐振波长偏移满足，ΔR为探测量引起的腔体形变量。

但是，上述光学传感器的双瓶状微型谐振腔由于谐振腔的形状为双瓶状，其腔体表面为弧面，同样大小的压力作用在该谐振腔的不同位置上时，所引起的腔体形变量均不同，故比较适用于气压、液压等区域式压力测量，而用于接触式按压所产生的压力、位移、目标杨氏模量等单点式压力测量时，会由于受力方向和受力位置的不同而影响测量精度，同时该谐振腔的腔体表面用作受力位置，在与被测目标接触时，仅能够实现面接触，而无法实现真正意义上的点接触，这也会影响到单点式压力测量的精度。

发明内容

为了解决上述现有技术的不足，本发明提供一种方法，采用二氧化碳激光制备回音壁模式微泡探针谐振器。本发明还提供一种回音壁模式微泡探针谐振器及压力感测系统。