【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于傳感器件，具體涉及一種用于聲壓傳感的硅基槽式環形諧振腔及其制備方法。
技術介紹
1、由于海洋水下探測絕大部分都采取聲波探測的方式，因此，發展高性能水聲傳感器設備具有十分重要的意義。基于硅基槽式環形諧振腔的聲壓傳感器件，采用聚合物材料su8作為上包層，低楊氏模量的特點使得其在聲學性能方面表現良好。當上包層由于聲壓作用使得密度發生改變時，此時光波導上包層以及芯層折射率也會發生改變，根據有效折射率法，下包層折射率不變，上包層和芯層折射率改變會導致波導有效折射率改變，使得諧振波長偏移，利用檢測波長偏移量的變化來檢測待測水聲信號的變化量。
2、傳統全通型硅基環形諧振腔結構存在光場局域能力弱，存在較大的耦合損耗，使得靈敏度低等問題，存在較大的耦合損耗。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于克服現有技術中的不足，提供一種用于聲壓傳感的硅基槽式環形諧振腔及其制備方法。本專利技術方案能夠解決上述現有技術中存在的問題。
2、本專利技術的技術解決方案：
3、根據第一方面，提供一種用于聲壓傳感的硅基槽式環形諧振腔芯層，包括輸入平面波導光柵、槽式環形諧振腔、直波導和輸出平面波導光柵，所述的輸入平面波導光柵與直波導輸入端連接，所述的直波導輸出端與輸出平面波導光柵連接，所述的槽式環形諧振腔為兩個同心環形組成的諧振腔體，所述的槽式環形諧振腔位于所述直波導的上方，中間為耦合區。
4、進一步的，所述的耦合區尺寸為80～120nm。
5、進一步
6、進一步的，所述的輸入平面波導光柵和輸出平面波導光柵的周期為600～800nm，占空比為1:1。
7、進一步的，所述的諧振腔內環半徑15～25μm，內外環之間的槽間距為80～100nm。
8、根據第二方面，提供一種用于聲壓傳感的硅基槽式環形諧振腔，包括依次連接的上包層，上述硅基槽式環形諧振腔芯層和下包層。
9、進一步的，所述的上包層材料為su8，硅基槽式環形諧振腔芯層材料為硅，下包層材料為二氧化硅。
10、進一步的，所述的su8作為上包層，厚度為0.5～2μm，二氧化硅作為下包層，厚度為1～3μm。
11、根據第三方面，提供上述一種用于聲壓傳感的硅基槽式環形諧振腔的制備方法，包括以下步驟：
12、在soi襯底上生長一層二氧化硅掩膜層作為下包層；
13、將帶有槽式環形諧振腔和直波導圖形的掩膜版轉移到二氧化硅表層形成掩膜層，進行涂膠，將掩膜版上圖形通過曝光、顯影，轉移到光刻膠上；
14、采用icp刻蝕對掩膜層圖形進行刻蝕，去除多余的光刻膠，采用icp刻蝕槽式環形諧振腔和直波導，形成槽式波導及直波導；
15、將光柵衍射分別與直波導對齊，進行電子束光刻，形成輸入平面波導光柵與輸出平面波導光柵，然后高溫退火2～3小時；
16、在硅基槽式環形諧振腔芯層表面通過旋涂一定厚度的聚合物材料su8，并進行減薄處理，得到相應尺寸的su8作為上包層。
17、本專利技術與現有技術相比的有益效果：
18、(1)本專利技術的硅基槽式環形諧振腔和直波導采用硅基刻蝕技術，在直波導兩側刻蝕出平面波導光柵，實現了與單模光纖的低損耗耦合；
19、(2)槽式環形諧振腔基于電場在高折射率差的界面處不連續的特性，可將光約束在中間凹槽內，實現在低折射率區域進行光傳輸的功能。光從平面波導光柵進入直波導后，會在波導表面形成呈指數衰減的倏逝場，當光傳輸到耦合區域時，部分光會進入環形諧振腔，由于倏逝場效應，直波導與環形諧振腔產生倏逝場耦合，符合諧振條件的光會被限制在環形諧振腔中間凹槽中，形成更高的光能量密度，不滿足諧振條件的光會從直波導輸出端輸出。如此重復循環，在凹槽內就會形成更強的光能量局域效應。相較于傳統結構，槽波導結構光場局域能力顯著增強，有效提升了諧振腔品質因數，光場與聲壓的相互作用能力增強，為提升傳感器靈敏度。
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1.一種用于聲壓傳感的硅基槽式環形諧振腔芯層，其特征在于，包括輸入平面波導光柵、槽式環形諧振腔、直波導和輸出平面波導光柵，所述的輸入平面波導光柵與直波導輸入端連接，所述的直波導輸出端與輸出平面波導光柵連接，所述的槽式環形諧振腔為兩個同心環形組成的諧振腔體，所述的槽式環形諧振腔位于所述直波導的上方，中間為耦合區。
2.根據權利要求1所述的一種用于聲壓傳感的硅基槽式環形諧振腔芯層，其特征在于，所述的耦合區尺寸為80～120nm。
3.根據權利要求2所述的一種用于聲壓傳感的硅基槽式環形諧振腔芯層，其特征在于，所述的用于聲壓傳感的硅基槽式環形諧振腔芯層厚度為220～280nm，芯層寬度為450～800nm。
4.根據權利要求3所述的一種用于聲壓傳感的硅基槽式環形諧振腔芯層，其特征在于，所述的輸入平面波導光柵和輸出平面波導光柵的周期為600～800nm，占空比為1:1。
5.根據權利要求4所述的一種用于聲壓傳感的硅基槽式環形諧振腔芯層，其特征在于，所述的諧振腔內環半徑15～25μm，內外環之間的槽間距為80～100nm。
6.一種
7.如權利要求6所述的一種用于聲壓傳感的硅基槽式環形諧振腔，其特征在于，所述的上包層材料為SU8，硅基槽式環形諧振腔芯層材料為硅，下包層材料為二氧化硅。
8.如權利要求7所述的一種用于聲壓傳感的硅基槽式環形諧振腔，其特征在于，所述的SU8作為上包層，厚度為0.5～2μm，二氧化硅作為下包層，厚度為1～3μm。
9.一種如權利要求6-8任一所述的用于聲壓傳感的硅基槽式環形諧振腔的制備方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：
...【技術特征摘要】
1.一種用于聲壓傳感的硅基槽式環形諧振腔芯層，其特征在于，包括輸入平面波導光柵、槽式環形諧振腔、直波導和輸出平面波導光柵，所述的輸入平面波導光柵與直波導輸入端連接，所述的直波導輸出端與輸出平面波導光柵連接，所述的槽式環形諧振腔為兩個同心環形組成的諧振腔體，所述的槽式環形諧振腔位于所述直波導的上方，中間為耦合區。
2.根據權利要求1所述的一種用于聲壓傳感的硅基槽式環形諧振腔芯層，其特征在于，所述的耦合區尺寸為80～120nm。
3.根據權利要求2所述的一種用于聲壓傳感的硅基槽式環形諧振腔芯層，其特征在于，所述的用于聲壓傳感的硅基槽式環形諧振腔芯層厚度為220～280nm，芯層寬度為450～800nm。
4.根據權利要求3所述的一種用于聲壓傳感的硅基槽式環形諧振腔芯層，其特征在于，所述的輸入平面波導光柵和輸出平面波導光柵的周期為600～800nm，...
【專利技術屬性】
技術研發人員：祝敏，張文棟，崔建功，
申請(專利權)人：北京自動化控制設備研究所，
類型：發明
國別省市：
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