CN201903327U - 纳米级微位移测量的自由空间微光学光杠杆*** - Google Patents

Abstract

一种纳米级微位移测量的自由空间微光学光杠杆***，它包括半导体激光器，所述半导体激光器发出的激光入射到微准直透镜中，微准直透镜出来的反射光到悬臂梁-质量块***中；从悬臂梁-质量块***出来的光束由反射镜反射，其反射光经过波导界面投射到PSD光敏板上；所述的波导界面上镀有高反膜层，且波导界面与处理电路板相连接。采用上述技术方案的本实用新型，利用光刻、刻蚀等微光学加工技术，可以研制出平面集成的自由空间光杠杆式微加速度计。用微光学技术制造出的集成自由空间微光学***，具有体积小，成本低，对准精度高，***稳定，便于大批量生产等优点。

Description

纳米级微位移测量的自由空间微光学光杠杆***

技术领域

本实用新型涉及一种光杠杆***，具体地说是涉及一种纳米级微位移测量的自由空间微光学光杠杆***。

背景技术

微小角度测量***通过测量光点在PSD上的位移量，可以测量平面镜A或是平面镜A＇的旋转角度。由此可以构成表面等离子体共振传感器，或是利用表面等离子体振荡进行室温下的太赫兹电磁波的探测。

1、光杠杆放大：光杠杆放大是利用光线的反射定律，将微小角度、微小位移放大。通过测量放大量间接测出微小量的值，同时能够反映运动方向。这种方法也经常应用在AFM(原子力显微镜)的设计中。

表面等离子体共振(SPR)传感器：该传感器包括一个镀有薄金属镀层的棱镜。其中金属层成为棱镜和绝缘体之间的界面。一束横向的磁化单向偏振光入射到棱镜的一个面上，被金属层反射，到达棱镜的另一面。反射光束的强度可以测量出来、用来计算入射光束的入射角的大小。反射光的强度在某一个特殊的入射角度突然下降，就在这个角度．入射光的能量与由金属—绝缘体交接面激励产生的表面等离子体共振(SPR)相匹配。将—层薄膜(如生物膜)沉淀在金属层上，绝缘物质的折射系数会发生改变。折射系数依赖于绝缘物质和沉淀膜的厚度及密度的大小。只要测试入射角的值，沉淀膜的厚度和密度就可以推导出来。

2、基于表面等离子体振荡的太赫兹室温探测器探测器利用Kretschmann – Raether结构构成。设计的光学微机械微小角度测量***改进了光学读出装置，取代了光电探测器，提高了偏转角度的测量精度。该微机械探测器包括一个TM偏振的（横向磁）极化光源，通过光学耦合装置（棱镜或光栅结构），在多层结构激发表面等离子体传播模式。光电探测器检测反射光强度。多层结构由金属薄膜（银，金）和入射辐射传导吸收部分组成。（入射辐射传导吸收部分是一个双晶片微悬臂梁，上面涂层是吸收层）。光波的入射角是固定和优化的，可以激发表面等离子体。静态模式下，太赫兹电磁波入射辐射的吸收会提高悬臂梁温度，悬臂梁按比例弯曲。悬臂弯曲变化引起悬臂下表面和金属膜之间的厚度改变，导致SPR角度改变。因此，表面等离子体的激发效率和固定角度的金属薄膜反射光强都与微悬臂梁的弯曲相关。入射辐射的功率可以通过确定金属薄膜反射率的变化来得到。

上述的微光学光杠杆读出***，可以适用于宽光谱光源，通过不同的反射SPR角，得到测量的太赫兹辐射波长。此装置还可以适用于探测器阵列，提高探测灵敏度，或是构成太赫兹成像***。但是其结构过于复杂，成本太高，实施起来过于麻烦。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种体积小、成本低、对准精度高、***稳定、便于大批量生产的纳米级微位移测量的自由空间微光学光杠杆***。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

本实用新型包括半导体激光器，所述半导体激光器发出的激光入射到微准直透镜中，微准直透镜出来的反射光到悬臂梁-质量块***中；从悬臂梁-质量块***出来的光束由反射镜反射，其反射光经过波导界面投射到PSD光敏板上；所述的波导界面上镀有高反膜层，且波导界面与处理电路板相连接。

所述的悬臂梁-质量块***由相互平行设置的平面镜构成。

采用上述技术方案的本实用新型，利用光刻、刻蚀等微光学加工技术，可以研制出平面集成的自由空间光杠杆式微加速度计。用微光学技术制造出的集成自由空间微光学***，具有体积小，成本低，对准精度高，***稳定，便于大批量生产等优点。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型由三层叠加构成。其中第Ⅰ层包括半导体激光器LD，半导体激光器LD发出的激光入射到微准直透镜1中，微准直透镜1出来的反射光到悬臂梁-质量块***中；从悬臂梁-质量块***出来的光束由反射镜2反射，其反射光反射到第Ⅱ层中。第Ⅱ层中，反射光首先垂直于波导界面3入射，再经过波导镀有高反膜的表面反射，光束最终垂直投射到PSD光敏面4上。且两侧的波导界面3与第Ⅲ层的处理电路板5相连接。第三层由集成在硅基上的处理电路构成，它完成电源控制、PSD信号处理等功能。

上述的悬臂梁-质量块***由相互平行设置的平面镜6，7构成，且悬臂梁-质量块微结构中的悬臂梁的一个表面镀有高反膜，构成可以摆动的平面镜。

光波导的形状与角度要求设计精确。微光学光波导的加工技术成熟，加工精度高，实现的技术有保证。第三层是集成在硅基上的处理电路，完成电源控制、PSD信号处理等功能。

微加速度计中的光源选择非常重要，可以直接集成LD芯片。光束要先经过微透镜整形。微型准直透镜可以采用微光学技术制造着的DOE透镜组，透镜直径比光束直径大三倍即可。如果光束采用圆锥透镜来产生，光束直径200μm，可以传输10m。I层中增加的一面反射镜的作用是将光束的传播方向进行90°旋转。光束由Y-Z平面传输转变为X-Z面传输。设计的目的是平衡***在X、Y方向的尺寸，有利于***稳定。

II层结构的基板选用折射率较小的光波导材料。当质量块摆动时，引起光点在II层沿Y轴方向移动，移动范围的II层中显示的白色的区域。II层中绿色与蓝色是光路上下临界线。如果光杠杆平面镜组长度选为2.5mm，平面镜间距350μm，光斑直径200μm，光束在II层中反射角为30°，则***尺寸可以控制在30mm×20mm×23mm之内。

Claims (2)

1.一种纳米级微位移测量的自由空间微光学光杠杆***，其特征在于：它包括半导体激光器（LD），所述半导体激光器（LD）发出的激光入射到微准直透镜（1）中，微准直透镜（1）出来的反射光到悬臂梁-质量块***中；从悬臂梁-质量块***出来的光束由反射镜（2）反射，其反射光经过波导界面（3）投射到PSD光敏板（4）上；所述的波导界面（3）上镀有高反膜层，且波导界面（3）与处理电路板（5）相连接。

2.根据权利要求1所述的纳米级微位移测量的自由空间微光学光杠杆***，其特征在于：所述的悬臂梁-质量块***由相互平行设置的平面镜（6，7）构成。

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