微环谐振腔加速度传感器光谱特性研究

摘要：

为满足加速度传感器微型化、低成本的需求，提出了一种带有单微环谐振腔的悬臂梁式光学加速度传感器结构，采用耦合模和传输矩阵理论求取了微环谐振器的传递函数，利用检测同一波长处光强度变化的新测量方法实现了对加速度的探测，从而得到了加速度传感器的灵敏度和探测极限，深入研究了不同结构参数对系统灵敏度的影响，数值仿真并分析了输出端口的光谱特性。结果表明：加速度传感器在外界加速度作用时，悬臂梁在应力的作用下会发生弯曲，使得固定在悬臂梁上的微环谐振器发生形变，即微环谐振器的长度和折射率都发生了变化，从而光在微环谐振器中的传输特性发生变化，因此可以通过探测微环输出端光场强度的变化来测定加速度值；悬臂梁的长度、厚度以及微环谐振腔的固定位置都是影响加速度传感器性能的直接因素，并且选择最佳的结构参数可以有效地提高系统灵敏度和精度。经过数值仿真，对于信噪比为30 dB系统，波长在1.515μm处，悬臂梁的长度、厚度分别为180和3μm时，系统的灵敏度可达到2.112 g -1，探测极限为1.421×10-3 g ，因此在悬臂梁可承受的范围内，选取长度较长的悬臂梁结构能够有效地改善系统的灵敏度和探测极限。该结构为制备高灵敏度、低成本、易于加工的加速度传感器及可嵌入式微型光学器件提供理论基础。

关键词：微环谐振腔、加速度传感器、悬臂梁、强度测量

分类号：TN256(光电子技术、激光技术)

资助基金：国家自然科学基金项目61172044和61107039;河北省自然科学基金项目F2012203204

在线出版日期：2014-09-23（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共4页

页码：2327-2330