[发明专利]一种基于简化光学纳米谐振腔的面内位移传感单元及方法

摘要

本发明一种基于简化光学纳米谐振腔的面内位移传感单元及方法包括一个激光器、一个光隔离器、一个可动亚波长硅光栅及覆盖于其上的银膜、一层覆盖在硅基底上的亚波长银膜光栅、一层空气间隙、一个硅基底和一个分光棱镜；利用近场光学谐振腔的谐振增强原理，设计了光栅组的结构参数和相对位置，使得谐振腔出射的反射光强对可动亚波长硅光栅的面内位移非常敏感，从而实现超高灵敏度的面内位移测量。本发明用两组银膜代替了寻常光学纳米谐振腔中的两组光栅，整个传感单元由单片绝缘体上硅晶圆制作而成，大大降低了加工难度；优化后的结构参数使得传感单元拥有比现有谐振腔方案更高的光强位移灵敏度，因此可实现高集成度、可靠性和精度的面内位移测量。

主权项

1.一种基于简化光学纳米谐振腔的面内位移传感单元，包括固定外框、第一光电探测器和第二光电探测器；所述第一光电探测器安装于所述固定外框的内侧壁上，并与出射激光方向相对设置，所述第二光电探测器安装于所述第一光电探测器的下方；其特征在于：还包括激光器、光隔离器、分光棱镜、可动亚波长硅光栅及完整覆盖于可动亚波长硅光栅上的银膜、硅基底及覆盖在硅基底上的亚波长银膜；所述可动亚波长硅光栅通过连接结构固定于被测物体框内；所述激光器安装于所述固定外框内的顶部，激光器的下方安装有光隔离器，光隔离器正下方设置有分光棱镜，所述硅基底设置于所述固定外框的内底面上；被测物体通过埋氧层设置于所述硅基底上表面，将所述可动亚波长硅光栅悬空设置于所述硅基底上方，同时位于所述分光棱镜的正下方，在可动亚波长硅光栅和硅基底之间形成空气间隙；所述覆盖在硅基底上的亚波长银膜位于亚波长硅光栅间隙正投影的下方；由覆盖了银膜的可动亚波长硅光栅、覆盖了银膜的硅基底以及所述空气间隙构成一个光学纳米谐振腔；所述可动亚波长硅光栅的周期为756±10nm，占空比为35.4％，厚度为664±10nm；覆盖于可动亚波长硅光栅上的银膜和覆盖在硅基底上的亚波长银膜的周期为756±10nm，占空比为35.4％，厚度为194±20nm；所述空气间隙的高度为1170nm±20nm。