基于MZI的微光机电系统光压力传感器的研究
微机电系统传感器的研发与应用
微机电系统传感器的研发与应用随着科技的发展，微机电系统（Micro-electromechanical System, MEMS）作为一种新型的技术得到了广泛的应用。
MEMS技术涵盖了微小机电元器件的制造、设计和集成，其可以制作出微型传感器、微型执行器等微型系统，目前主要应用于医疗、汽车、航空和卫星通信等领域。
本文将重点探讨微机电系统传感器的研发与应用。
一、微机电系统传感器的研发微机电系统传感器是目前MEMS技术领域应用广泛的一种微型元件。
一般指在微小的机械结构或电子结构上植入传感器元件，通过对物理现象的捕捉和转换电信号，完成某种物理量的测量。
微机电系统传感器又分为惯性传感器、压力传感器、温度传感器、位移传感器等多种类型。
下面分别详细介绍几种主要的微机电系统传感器。
1. 惯性传感器惯性传感器是一种测量加速度和角速度的传感器，主要应用于导航、惯性引导和姿态控制等领域。
惯性传感器一般由加速度计和陀螺仪组成。
加速度计用来测量加速度，通过积分能够求得速度和位置信息。
陀螺仪用来测量角速度和角度变化，通过积分能够求得角度信息。
由于惯性传感器有自身的噪声和漂移，因此需要对信号进行降噪和校准处理。
2. 压力传感器压力传感器是测量气体或液体压力变化的传感器。
压力传感器可以分为绝对压力传感器、相对压力传感器和差压传感器。
绝对压力传感器用于测量真空或不同基准压力下的压力值，相对压力传感器用于测量相对压力变化，差压传感器用于测量两个点之间的压差。
压力传感器的结构一般由感受元件、线性放大器和信号处理电路组成。
3. 温度传感器温度传感器是测量温度变化的传感器，可分为接触式温度传感器和非接触式温度传感器。
接触式温度传感器通过接触测量物体的表面温度，一般通过热电偶或热敏电阻来实现。
非接触式温度传感器则通过测量物体的辐射能量来间接得出物体表面的温度。
温度传感器的精度和响应速度与制造工艺和材料有关。
4. 位移传感器位移传感器用来测量两个物体之间的距离或位置。
微机电系统及纳米技术大作业--微压力传感器解读
微机电系统及纳米技术大作业题目：微型压力传感器微型压力传感器摘要：MEMS压力传感器是微系统世界里第一个出现的MEMS器件，该项技术已相当成熟，在当今的现代化产业中，压力传感器扮演了很重要的角色。
由于MEMS压力传感器具有高性能、低成本和小尺寸等优点，被广泛地应用于汽车电子、工业控制、消费电子、航天航空和医疗领域等。
MEMS压力传感器在每个领域中都在寻找新应用，例如：汽车领域的汽缸压力感测、医疗领域的循环正气压仪（CPAPM）、消费电子领域的智能手机（三星Galaxy S3的室内导航）和平板电脑。
虽然所有这些新兴应用处于起步阶段，但是前途不可限量。
关键字：MEMS，压力传感器1.发展历程1824年，正是由于瑞典化学家发现了硅，才为今天的电子工业革命奠定了材料基础。
在1947年，Bell实验室利用半导体禇研制的第一个晶体管又为半导体产业奠定了基石。
现如今，短短60年时间，微电子技术已成为了我们生活中不可或缺一部分。
这其中，MEMS即微机电系统经过四十多年的发展，已成为世界瞩目的重大科技领域之一。
它涉及电子、机械、材料、物理学、化学、生物学、医学等多种学科与技术，MEMS技术也正在不动声色地改变着我们生活方式。
喷墨打印机的喷墨头，智能手机的旋转感应，数码相机的防抖系统等等全部引入了MEMS技术。
现代压力传感器以半导体传感器的发明为标志，而半导体传感器的发展可以分为四个阶段：（1）发明阶段（1945 - 1960年）：这个阶段主要是以 1947年双极性晶体管的发明为标志。
此后，半导体材料的这一特性得到较广泛应用。
史密斯（C.S. Smith）于1945年发现了硅与锗的压阻效应，即当有外力作用于半导体材料时，其电阻将明显发生变化。
依据此原理制成的压力传感器是把应变电阻片粘在金属薄膜上，即将力信号转化为电信号进行测量。
此阶段最小尺寸大约为 1cm。
（2）技术发展阶段（1960 - 1970年）：随着硅扩散技术的发展，技术人员在硅的晶面选择合适的晶向直接把应变电阻扩散在晶面上，然后在背面加工成凹形，形成较薄的硅弹性膜片，称为硅杯。
基于MZI光波导的MOEMS压力传感器
摘要 :集成光学压力传感器利用幅度 、相位 、折射率分布 、光程和 光波极化 方式的改变 来感应 外部压力 。 设计了 基于 MZI光波导 的 MOEMS压力传感器 , 探讨了工作原理 , 分析了 弹性薄膜尺寸对应力 的影响和波导中 TE、TM模式的 光对波 导折射率的影响 。 通过设计弹性薄 膜的尺寸 (a=2 mm, b=1 mm, h=20 μm)和选用波长为 1.31 μm的单模 激光 , 得 到传 感器的灵敏度为 1.84×10-2 kPa, 半波压力为 85 kPa. 关键词 :MOEMS;MZI;压力传感器 中图分类号 :TP212 文献标识码 :A 文章编号 :1002 -1841(2009)12 -0004 -03
通过测量输出光 强的变化即可知压力的变化 。
1.2 弹性薄膜 的分析与模拟
弹性薄膜结构示 意 图如 图 2 所示 。 薄 膜的 长 、宽 、高 分别
为 a, b, h.当压 力作 用于 弹性 薄膜 时 , 薄膜 与平 衡 位置 产生 偏
移 , 变成曲面 , 称 为弹 性曲面 [ 7] 。 以 薄膜 下底面 中心 建立 坐标
图 1 MZI压力传感器结构示意图
当弹性薄膜受到外界压力时 , 会 导致输出端导膜的相位随 压力发生变化 , 在整 个过程 中 , 同时 有 2个 因素促 使传 感臂 的 相位改变 :一个是光 弹效应 , 即 弹性 薄膜在 外界 压力作 用下 产
生的应力引起弹性薄膜上面光 波导介质的 介电常数 的扰动 , 从
DesignofMOEMSPressureSensorsBasedonMZIWaveguide
WANGShi-chao, ZHANGXiao-xia, ZHOUYong, WANGXiang-bin, CHENPei-ran, LENGJie (SchoolofOpto-ElectronicInformation, UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChina, Chengdu610054, China)
硅基光波导压力传感器
肖素艳，王东红，高明，刘晓为（1哈尔滨工业大学M M中心，黑龙江哈尔滨150001；2中国航空工业空气动力研究院，黑龙江哈尔滨150001）摘要：硅基光波导压力传感器由于具有灵敏度高、耐高温、抗电磁场干扰能力强、微型等优点，特别适合于在特殊环境中的应用。
简要介绍了全反射光波导和抗共振反射光波导压力传感器的结构特点、工作原理及其研究现状。
关键词：压力传感器；硅；光波导；抗共振反射中图分类号：t文献标识码：文章编号：（）S i-b a s e do p t i c a l w a v e g u i d e p r e s s u r e s e n s o rI u-y a n，N G D o n g-h o n g，G M i n g，L I U i a o-w e i（1.c e n t e r o f M E M S，H a r b i n i n s t i t u t e o ft e c h n o l o g y，H a r b i n150001，c h i n a；2.c h i n e s ea e r o d y n a m i c r e s e a r c h i n s t i t u t e o f a e r o n a u t i c s，H a r b i n150001，c h i n a）a b s t r a c t：i-b a s e do p t i c a l w a v e g u i d e p r e s s u r e s e n s o r s c a nb e a p p l i e d i n s p e c i a l e n v i r o n m e n t b e c a u s e o f t h e i r h i g hs e n s i t i v i t y，a b i l i t y t o w i t h s t a n dh i g h t e m p e r a t u r e，i m m u n i t y t o e l e c t r o m a g n e t i c i n t e r f e r e n c e a n d m i n i a t u r i z a t i o n t h e s t r u c t u r e s，c h a r a c t e r i s t i c s，o p e r a t i n gp r i n c i p l e s a n d r e s e a r c h e s a b o u t i-b a s e d t o t a l r e f l e c t i n g o p t i c a l w a v e g- u i d e a n d a n t i r e s o n a n t r e f l e c t i n g o p t i c a l w a v e g u i d e p r e s s u r e s e n s o r s a r eb r i e f l y i n t r o d u c e dK e y w o r d s：p r e s s u r e s e n s o r s；s i l i c o n；o p t i c a l w a v e g u i d e；a n t i r e s o n a n t r e f l e c t i n g引言随着硅微机械技术以及光电子和微电子结合的日臻完善和成熟，在光学领域产生了一场伟大革命，导致了微光机电系统M M（m i c r oo p t o e l e c t r o n i c m e c h a n i c a l s y s t e m）新概念的出现［］，从而加速集电子学和光学功能于一体的集成硅基光波导传感器的发展。
基于微光机电系统的微感知技术
（ ｈ ９ｈＲ ｓａｃ ｎｔｕｅｏ Ｃ Ｔ ， ａｂ ５０ １ Ｃ ｉａ Ｔ ｅ４ ｔ ｅｅｒ Ｉｓｔｔ ｆ Ｅ Ｃ Ｈ ｒｉ １０ ０ ，ｈｎ ） ｈ ｉ ｎ
Ａ ｓｒｃ ： ｈ ｅｈ ｏ ｇ ｆＭｉ ｏＯ ｔ— ｌ ｔ — ｃ ａｉａ Ｓｓ ｍｓ（ Ｅ ）ｉ ｔｅｆｒｌ ｄ ｒ ｉｇ ｂｔａ ｔ Ｔ ｅｔ ｎｌ ｙｏ ｃ — ｐｏＥｅ ｒ Ｍｅｈ ｎｃｌ ｙｔ ｃ ｏ ｒ ｃｏ ｅ ＭＯ ＭＳ ｓ ｈ ｏｅ ｎ ｉ ｎ ａ ｓ ｔ ｈ ｏ ｇ ｆ ｌ ｕｊｃｓ ｍ ｌ ｍ ｔ ｇ ａ ｄｔｅｍｉ ｏｐ ｒｅｔ ｎｔ ｈ ｏ ｇ ｈｃ ａｅ ｎＭＯ ｅ ｎｌ ｏ ｔｓｂｅｔ ａ ａ ａ ａ ｎ ， ｎ ｃ ｅｃｐｉ ｅ ｎｌ ｙｗ ｉ ｉ ｂ ｓｄｏ — ｃ ｏ ｙ ｍｕ ｉ ｇ ｉ ｈ ｒ ｏ ｃ ｏ ｈｓ
Ｔｈｅ Ｍ ｉｒ ｒ ｅ ｔｏ ｃ ｃ ｏ Ｐｅ ｃ ｐ ｉ ｎ Ｔｅ ｈｎｏ ｏ ｙ Ｂａ ｅ ｎ ｉ ｒ － ｐ ｏ－ ｅ ｔ ｏ・ ｌ ｇ ｓ ｄ ｏ Ｍ ｃ ｏ－ ｔ － ｃ ｒ － Ｏ Ｅｌ
Ｍ ｅ ｈ ｎ ｃ ｌＳ ｓｅ ｃ ａ ｉａ ｙ ｔ ｍｓ
Ｃ Ｅ ｉｉ，Ｈ ｉ ，Ｕ Ｎ Ｊ ｎ ＨＵ Ｎ Ｓ ｕ ｉ Ｈ Ｎ Ｌ—ｅ Ｓ Ｉ ｎ Ｌ Ａ ｉ ， Ａ ｈ ａ ｊ Ｘ ａ
第 ６期
２１ ０ ０年 １ ２月
中目 舛譬 阪学瓤 露； 研雹
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＣ Ｉ ｏ ｒ ａ ＡＥ Ｔ ｏ
微光机电系统的设计及制造技术研究
微光机电系统的设计及制造技术研究摘要：微光机电系统（MEMS）是一种结合微机电技术和光学技术的前沿研究领域。
本文将深入探讨微光机电系统的设计及制造技术，并对其在各个领域中的应用进行分析。
1. 引言微光机电系统（MEMS）是近年来兴起的一种新兴技术，它将微电子技术、光学技术和机械制造技术有机结合起来，可以实现微型化、高精度和高效率的传感器和执行器。
在各个领域中的应用潜力巨大，因此对于微光机电系统的设计及制造技术的研究具有重要意义。
2. 微光机电系统的设计原理微光机电系统的设计原理依赖于微电子技术和光学技术的结合。
通过微机电技术，可以制造微小且高度集成的器件，实现对输入信号的传感和对输出信号的控制。
而光学技术则可以通过光学元件对光信号进行增强、处理和解析。
因此，微光机电系统能够实现对光信号的精确控制和分析。
3. 微光机电系统的制造技术微光机电系统的制造技术主要包括光刻技术、薄膜制备技术、微加工技术和封装技术等。
光刻技术可以创建微细结构，实现器件的定型。
薄膜制备技术用于制备传感器和执行器中的薄膜元件，如压电薄膜和热敏薄膜。
微加工技术则可以实现对器件的刻蚀、薄膜剥离等加工操作。
封装技术则可以将微光机电系统封装在一个小型化的封装壳体中，以保护系统并提供接口。
4. 微光机电系统在生物医学中的应用微光机电系统在生物医学领域有着广泛的应用。
例如，在微纳米粒子的操控和检测中，微光机电系统可以通过光学方法实现对微粒的操控和定位，以及对微粒的成像和检测。
此外，微光机电系统还可以应用于基因芯片和生物传感器等领域，实现对生物分子的检测与分析，为生物医学研究提供强有力的工具。
5. 微光机电系统在光学通信中的应用微光机电系统在光学通信领域也有着广泛的应用。
例如，在光纤通信网络中，微光机电系统可以实现对光信号的放大、调制和解调，提高光信号的传输性能。
此外，微光机电系统还可以应用于光纤传感器中，实现对温度、压力等物理参数的测量与监测。
基于双MZ干涉原理的光纤微振动传感器关键技术
引用本文：李振威，蒋思尝，栾敬钊，等•基于双MZ干涉原理的光纤微振动传感器关键技术[J].光通信技术,2020,44（9）:45-47.基于双MZ干涉原理的光纤微振动传感器关键技术李振威蒋思尝"，栾敬钊翟晖"，骆健恒2（1•国网大连供电公司，辽宁大连116000#2.广州光束信息技术有限公司，广州510000）摘要:针对市场上分布式光纤振动传感器的定位精度和灵敏度低、误报率高的问题。
提出一种基于双马赫-曾德尔（MZ）干涉原理的光纤微振动传感器，介绍了该传感器的结构、相干检测技术和入侵事件模式识别技术。
实验结果表明：该传感器的单次触发的探测率＞99.7%,多次触发的探测率=100%,单次误报率-1%。
关键词：分布式光纤振动传感;双马赫-曾德尔干涉;光拍频相目干检测中图分类号：TN914文献标志码：A文章编号：1002-5561（2020）09-0045-03D01：10.13921/ki.issn1002-5561.2020.09.011开放科学（资源服务）标识码（OSID）：Key technology of optical fiber micro vibration sensor based ondouble MZ interference principleLI Zhenwei1,JIANG Sichang2,LUAN Jingzhao1,ZHAI Hui2,LUO Jianheng2(1.State Grid Dalian Electric Power Supply Company,Dalian Liaoning116000,China;2.Guangzhou beam Information Technology Co.Ltd.,Guangzhou510000,China)Abstract:Aiming at the problems of low positioning accuracy,low sensitivity and high false alarm rate of distributed optical fiber vibration sensor in the market,this paper proposes a fiber optic micro vibration sensor based on double Mach-Zehnder(MZ)interference principle,and introduces the structure of the sensor,coherent detection technology and intrusion events pattern recognition technology.The experimental results show that the single trigger detection rate of the sensor is more than99.7%,the multiple trigger detection rate is equal to100%,and the single false alarm rate is less than1%.Key words：distributed fiber optic vibration sensing;dual Mach-Zehnder interference;optical beat frequency;coherent detection0引言近年来，管道泄漏报警、电力电缆防外力入侵和周界安防等的需求逐渐增多，及时发现和定位事故点具有重要的意义。
基于光刻机的微纳米光学传感技术研究
基于光刻机的微纳米光学传感技术研究随着科技的不断发展，微纳米技术日益成为研究领域的热点之一。
在这一领域中，光学传感技术因其高灵敏度和非侵入性的特点，成为微纳米尺度下实现高精度测量和控制的重要工具之一。
而光刻机作为一种常用的微纳米加工工具，为光学传感技术的研究和应用提供了强大的支持。
一、光刻机在微纳米光学传感技术中的应用光刻机是一种通过光掩模和光敏材料相互作用，实现高精度图形转移的加工设备。
在微纳米光学传感技术中，光刻机的应用十分广泛。
首先，光刻机可以用于制备微型光学元件，如光波导器件、微透镜阵列等。
这些微型光学元件可以用来实现微小尺寸的光学传感器，提供高精度的测量和控制功能。
另外，光刻机还可以用于制备微纳米结构表面，通过调控微结构的形貌和光学特性，实现对光波的操控和传感。
例如，通过光刻机制备的纳米线阵列可以用作超灵敏的表面等离子体共振传感器。
二、光刻机在微纳米光学传感技术中的优势光刻机在微纳米光学传感技术中具有许多优势。
首先，光刻机具有高分辨率和高精度的加工能力，能够实现微米甚至亚微米级别的图形转移。
这使得光刻机可以制备出更小尺寸、更复杂的微纳米光学器件和结构。
其次，光刻机可以快速、批量地制备相同的结构，提高生产效率。
此外，光刻机还具有操作简便、可重复性好等特点，使得光刻技术在微纳米光学传感技术中得到广泛应用。
三、光刻机在微纳米光学传感技术中的研究方向随着微纳米光学传感技术的不断发展，光刻机在这一领域中的研究方向也不断拓展。
首先，研究人员通过改进光刻机的光学系统和机械部件，提高加工的分辨率和精度，进一步推动微纳米光学器件的制备。
其次，研究人员致力于探索新的光刻材料和光刻工艺，以满足不同应用场景下的需求。
例如，近年来，有学者提出了一种基于光敏材料的二光子光刻技术，可以实现更高分辨率和更复杂的微纳米结构制备。
此外，研究人员还在探索将光刻机与其他微纳米加工技术相结合，如激光加工、离子束雕刻等，以实现更多种类、更复杂的微纳米光学传感器的制备。
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基于MZI的微光机电系统光压力传感器的研究
基于MZI的微光机电系统光压力传感器的研究
一、引言
光学传感技术作为一种无损、非接触的测量手段，近年来在各个领域得到了越来越广泛的应用。
其中，基于微光机电系统（MEMS）的光压力传感器具有结构简单、灵敏度高、响应速度快等特点，在气体流场测量、微流体压力测量等领域显示出了巨大的潜力。
二、基于MZI的微光机电系统光压力传感器的原理
MZI（Mach-Zehnder Interferometer）是一种常用的光学干涉仪器，由两个光波导路径组成。
当光压力传感器受到压力作用时，其机械结构会发生微小变形，进而导致光波导的路径长度发生变化，最终改变了通过两个光波导路径的光程差。
这种光程差的变化通过光干涉效应转化为光强的变化，从而实现对压力的测量。
三、设计与制备
基于MZI的光压力传感器由光波导结构、机械结构和光电检测器组成。
首先，在硅基片上进行光波导结构的制备，采用标准的光刻和电子束曝光技术，将光波导图案形成。
然后，在光波导图案的上方，利用刻蚀技术制备出机械结构，其形状和尺寸可以根据不同需求进行设计。
最后，在制备的芯片上通过表面湿法腐蚀等工艺进行光电检测器的制备。
四、优化与性能测试
在传感器制备完成后，需对其进行优化调整以及性能测试。
优化调整主要包括光源的选择、光路的对准以及波导长度的匹配等。
性能测试主要包括光强的变化曲线的测量、灵敏度测试、
稳定性测试等。
五、应用研究与展望
基于MZI的微光机电系统光压力传感器具有很高的灵敏度和响应速度，在气体流场测量、微流体压力测量等领域有着广泛的应用前景。
根据具体需求，可以对光压力传感器进行进一步的优化和改进，如增加压力范围、提高稳定性等。
六、结论
本文通过研究基于MZI的微光机电系统光压力传感器的原理、设计与制备、优化调整、性能测试等方面的内容，验证了光压力传感器的可行性。
未来的研究可进一步完善其性能，提高其在各个领域的应用价值，推动光压力传感器技术的发展
综上所述，基于MZI的微光机电系统光压力传感器具有制备简单、灵敏度高、响应速度快等优点。
通过对光波导结构、机械结构和光电检测器的制备，以及优化调整和性能测试，证明了光压力传感器的可行性。
该传感器在气体流场测量、微流体压力测量等领域有着广泛的应用前景。
未来的研究可以进一步优化其性能，如增加压力范围、提高稳定性等，以推动光压力传感器技术的发展。