集成光學(xué)加速度計(jì)及測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì).pdf

1、加速度計(jì)是慣性導(dǎo)航、制導(dǎo)和控制系統(tǒng)的重要測試元件，廣泛應(yīng)用于導(dǎo)彈制導(dǎo)、飛機(jī)導(dǎo)航、人造衛(wèi)星的姿態(tài)控制、剎車系統(tǒng)控制、大型電器設(shè)備的振動(dòng)測量以及石油地震勘探等領(lǐng)域。近年來，隨著微機(jī)械加工技術(shù)和集成光學(xué)技術(shù)的發(fā)展，兼具微機(jī)械加速度計(jì)集成化、微型化與光學(xué)加速度計(jì)高精度、抗電磁干擾等顯著優(yōu)勢的微光機(jī)電(MOEMS)加速度計(jì)得到了國內(nèi)外廣泛研究。與傳統(tǒng)機(jī)械式、光纖加速度計(jì)性能參數(shù)的表征不同，MOEMS加速度計(jì)的性能表征涉及光學(xué)、電學(xué)與材料力學(xué)等各項(xiàng)

2、性能參數(shù)，因此設(shè)計(jì)合理的MOEMS加速度計(jì)測試系統(tǒng)就顯得尤為重要。本文主要研究了一種基于馬赫—曾德爾(Mach-Zehnder，MZ)干涉式光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的MOEMS加速度計(jì)和創(chuàng)新性提出的一種基于Fano諧振式光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的高精度MOEMS加速度計(jì)，包括光波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、仿真分析與工藝制備，并針對這兩種MOEMS加速度計(jì)設(shè)計(jì)了信號(hào)檢測系統(tǒng)，建立了加速度計(jì)動(dòng)態(tài)測試分析平臺(tái)，測試了兩種加速度計(jì)的傳感性能。本文的主要研究內(nèi)容具體包括以下幾個(gè)方面:<

3、br>　　1、詳細(xì)推導(dǎo)了基于MZ干涉式/Fano諧振式光波導(dǎo)加速度計(jì)傳感模型，得到了光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的傳輸函數(shù)和靈敏度公式，并分析了懸臂梁結(jié)構(gòu)參數(shù)和波導(dǎo)結(jié)構(gòu)參數(shù)對加速度靈敏度的影響。
　　2、根據(jù)所推導(dǎo)的光強(qiáng)與加速度關(guān)系式，仿真分析了加速度靈敏度的各個(gè)影響因素。仿真結(jié)果表明加速度靈敏度主要受懸臂梁的厚度和楊氏模量、傳輸損耗、耦合系數(shù)參數(shù)影響;Fano諧振式加速度計(jì)的理論靈敏度是MZ干涉式加速度計(jì)靈敏度的393倍，加速度計(jì)理論靈敏度分別為

4、111.75mW/g、0.28mW/g。
　　3、針對兩種加速度結(jié)構(gòu)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。分別用兩種不同折射率的氟化聚酯材料作為芯層進(jìn)行了波導(dǎo)結(jié)構(gòu)和工藝流程的優(yōu)化設(shè)計(jì)，得到了具有良好的通光效果和柔韌性的傳感芯片。
　　4、設(shè)計(jì)了基于集成光學(xué)加速度計(jì)信號(hào)檢測系統(tǒng)，完成了信號(hào)調(diào)理電路的硬件設(shè)計(jì)，調(diào)理電路最小可檢測光功率為-30dBm，信號(hào)調(diào)理電路的輸出電壓與光功率具有良好的線性關(guān)系。編寫了ADC采樣程序和LCD液晶屏顯示程序，調(diào)試了信