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。

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。

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。

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。

微机电传感器的制造和应用研究微机电传感器是一种新型传感器，它的巨大优势在于其体积小，制造成本低，且能够实现高精度检测。

微机电传感器的制造和应用研究具有非常广泛的应用前景，尤其在现代化制造和智能化生产中起着至关重要的作用。

1.微机电传感器的制造微机电传感器是利用微电子加工工艺制造出来的传感器，因此在制造上的工艺也非常的重要。

制造微机电传感器要经过一系列的步骤，如：衬底制造、薄膜沉积、光阻暴光、图案激光刻蚀等。

其中最为关键的环节是薄膜沉积和激光刻蚀。

薄膜沉积是制造传感器的关键步骤，它是通过在衬底表面上沉积不同材料的薄膜来实现制造目的。

激光刻蚀则是将所需要的图案进行细致的雕刻并将多层薄膜组合起来，形成传感器的结构。

总的来说，微机电传感器的制造需要保证制造精度，因此各个步骤都必须达到很高的控制水平。

2.微机电传感器的应用研究微机电传感器的应用范围非常广泛，包括：自动化、生物医学、交通运输、环境监测等领域。

其中，自动化领域应用最为广泛。

比如，将压力传感器、温度传感器等微机电传感器与微型机控制器相结合，可以制造出智能型仪表、生产控制系统等工业自动化设备。

在生物医学领域，微机电传感器可以用于生命体征监测、医学图像处理等，实现病患的远程监测和不间断照顾。

在交通运输领域，微机电传感器可以用于制造车速传感器、空气质量传感器、碰撞传感器等，判断驾驶员的行为以及车辆状态，大大提高了行车安全性。

在环境监测领域，微机电传感器可以用于检测自然环境的环境、水质、气体、辐射等指标，对环境保护具有非常重要的意义。

总之，微机电传感器的制造和应用研究是一项挑战性十分高的任务。

目前，国内的微机电技术已经逐渐成熟，已经达到了国际水平。

随着人们对质量、效率要求的提升，微机电传感器的应用前景将不断扩大，对国内经济和社会的发展将带来更大的推动作用。

微型光机电系统中的光学效应分析研究随着微型光机电系统(MEMS)的迅速发展，越来越多的微机电元件开始应用到生产和生活的各个领域中，为各种行业提供了更多的选择和技术手段。

而光学效应作为一种重要的物理现象，也被广泛应用到微型光机电系统中。

本文将从微型光机电系统中的光学效应入手，分析研究光学效应在微型光机电系统中的应用场景和作用机理，探讨其在未来的应用发展中的重要性和前景。

一、微型光机电系统和光学效应的概念在探讨微型光机电系统中的光学效应之前，我们需要先了解这两个概念的基本含义。

微型光机电系统是由微机电元件组成的系统，它利用微电子技术和机械加工技术制作出微型器件和微型系统，以完成传感、控制、通讯等任务。

而光学效应则是指在光线传播过程中发生的各种现象，包括反射、折射、漫射、衍射和色散等。

在微型光机电系统中，因为其体积小、功能多、复杂性高等特点，光学效应得到了广泛的应用。

二、光学效应在微型传感器中的应用研究光学传感器是一种利用光学效应进行测量的传感器。

由于其精度高、灵敏度强、响应速度快等特点，已经被广泛应用到气体浓度检测、液位测量、温度控制等领域中。

在微型光机电系统中，光学传感器可以通过微型化的方式来实现大规模集成和高效率检测。

比如，利用光纤插入微流控芯片中，可实现在微型通道内单独探测每个部位的物质浓度；在微型机械振动传感器中，可以使用反射镜技术来实现高精度的运动检测。

三、微型光学陀螺和微型偏振器的研究微型光学陀螺是利用光学效应实现的一种高精度、低噪声的惯性导航仪器。

其主要原理是利用光纤同轴旋转技术，将旋转角速度转换为光丝同步回转，以实现高精度姿态测量。

同时，由于其体积小、能量消耗低、响应速度快等特点，微型光学陀螺被广泛应用于无人机、机器人、导弹等精密仪器中，为其提供了更加精确和可靠的导航信息。

微型偏振器是一种利用偏振光学效应进行光学传输和图像处理的机械元件。

它的主要原理是利用偏振片将自然光线转变为线偏振光线，再利用液晶层调节线偏振光线的相位和波长，以完成图像增强、光量子计算和光通信等任务。

光电传感器的实验研究摘要：本实验通过研究，了解光敏电阻的基本特性，测出它的伏安特性曲线和光照特性曲线；了解光敏二极管的基本特性，测出它的伏安特性和光照特性曲线；了解硅光电池的基本特性，测出它的伏安特性曲线和光照特性曲线；了解光敏三极管的基本特性，测出它的伏安特性和光照特性曲线；了解光纤传感器基本特性和光纤通讯基本原理。

关键字：光电传感器伏安特性光照特性光纤通讯光敏传感器是将光信号转换为电信号的传感器，也称为光电式传感器，它可用于检测直接引起光强度变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等；也可用来检测能转换成光量变化的其它非电量，如零件直径、表面粗糙度、位移、速度、加速度物体形状、工作状态识别等。

光敏传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点，因而在工业自动控制及智能机器人中得到广泛应用。

光敏传感器的物理基础是光电效应，即光敏材料的电学特性都因受到光的照射而发生变化。

光电效应通常分为外光电效应和内光电效应两大类。

外光电效应是指在光照射下，电子逸出物体表面的外发射的现象，也称光电发射效应，基于这种效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。

内光电效应是指入射的光强改变物质导电率的物理现象，称为光电导效应。

大多数光电控制应用的传感器，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、硅光电池等都是内光电效应类传感器。

当然近年来新的光敏器件不断涌现，如：具有高速响应和放大功能的APD雪崩式光电二极管，半导体光敏传感器、光电闸流晶体管、光导摄像管、CCD 图像传感器等，为光电传感器的应用开创了新的一页。

本实验主要是研究光敏电阻、硅光电池、光敏二极管、光敏三极管四种光敏传感器的基本特性以及光纤传感器基本特性和光纤通讯基本原理。

1实验原理○1、伏安特性光敏传感器在一定的入射光强照度下，光敏元件的电流I与所加电压U之间的关系称为光敏器件的伏安特性。

改变照度则可以得到一组伏安特性曲线，它是传感器应用设计时选择电参数的重要依据。

微光机电传感器系统摘要近年来，微机电系统因其突出的的光学应用价值而被广泛研究。

微光机电系统是其中一项显著的成果。

MEMS 的尺寸和运动范围在微米以下，这使得MEMS 实现光的干扰机制。

因此，通过监测这些微干涉仪可以做出一个传感器系统。

这篇论文呈现了一个微光机电系统从建模，制造到测量的整个过程。

传感器尖端被设计成k 刻蚀在硅芯片上的法布里—珀罗腔，从光纤射出的光进入腔体并反射，反射的光信号被监测。

当前端的周围环境出现一点改变，腔体的膜的震动会偏离共振；从而反射光的中心波长会改变，强度也会下降。

尖端的设计标准和制造过程使用了互补金属氧化物管。

端头和源探测器间通过单模光纤连接。

光源的频宽是1550nm 。

解译环境的改变用到了光时域反射仪和OSA 。

之后，复制和排列这样的传感器，形成一个传感器网络。

这样，通过空分复用法可以使环境的瞬时变化得到定位和量化。

我们把微光机电系统和其他传感器系统的物理特性，敏感度，制造难度和应用局限性能也做了比较。

关键字：微光机电系统传感器 光时域反射仪 干涉仪 遥测数据监控器 波分复用1.介绍建立的法布里—珀罗腔内置了两个平行的半反射镜。

这种谐振器有很多应用，例如窄频波过滤器。

如图1，入射光束的振幅是1a ，入射角频率是ω，入射光部分透过反光镜1，记作11a t ，部分光被半反射镜1反射，记作-11a r ，这里半反射镜的透射率和反射率分别为1t 和1r 。

通过腔体的光的传输符合以下公式：2c o s δθω=⋅L c n这里n 是腔体里介质的反光率（空气的反光律n 约等于1），θ是内部入射角，c 是腔室的光速。

同样，到达半反射镜2的211δj et a -光也部分反射部分透射。

一部分的大小为2211δj e t a r -的光反射回了半反射镜1，反射镜的相移为δ。

随后，经过数次光路往返后，所有的光瞬时在半反射镜1上相遇，它们的相差是δm （m 代表整体）。

然后，这些光束彼此重叠，一部分透过半反射镜1射出腔体（在半反射镜2也会出现相同的情况）。

基于微纳结构高性能光探测器的研究的开题报告题目：基于微纳结构高性能光探测器的研究一、研究背景及意义：随着人类对信息技术的发展和对新型材料的要求越来越高，光电子技术逐渐成为一个热门领域。

近年来，随着微纳加工技术的发展，微纳结构逐渐成为光电子器件的新领域。

微纳结构具有良好的尺寸适应性、优异的光电性能及较低的功耗等优点，因此越来越多的科研工作者开始探索基于微纳结构的高性能光探测器。

而光探测器作为光电子系统的核心器件之一，对其性能的提升关系到整个光电子系统的发展。

因此，研究微纳结构高性能光探测器具有十分重要的意义。

二、研究内容：本研究将从以下几个方面进行研究：1. 基于微纳结构的光探测器结构优化设计；2. 微纳结构材料选择和性能分析；3. 微纳结构光探测器的制备和表征；4. 微纳结构光探测器的性能测试及优化。

三、研究方法与技术路线：1. 基础理论研究：通过文献综述、理论分析等方式，对微纳结构光探测器进行研究与分析。

2. 结构设计：根据理论分析和实验需求，对微纳结构光探测器进行优化结构设计。

3. 材料选择和性能分析：根据设备需求，选择合适的材料并进行性能分析，确定最终制备工艺。

4. 制备和表征：采用毫米级或微米级加工工艺对微纳结构光探测器进行制备，并对其进行表征和分析。

5. 性能测试及优化：对制备好的微纳结构光探测器进行性能测试和数据分析，通过优化工艺及结构调整提高光探测器的性能。

四、预期成果：通过以上研究工作，预期取得以下几点成果：1. 设计优化的微纳结构光探测器方案；2. 选择合适的微纳结构材料，并进行性能分析；3. 制备成功高性能的微纳结构光探测器；4. 对微纳结构光探测器进行性能测试并得出相关性能指标;5. 相关研究成果发表论文若干。

五、研究进度安排：1. 第一年：理论分析与文献综述；微纳结构光探测器优化结构设计。

2. 第二年：微纳结构材料选择和性能分析；微纳结构光探测器的制备和表征。

3. 第三年：微纳结构光探测器的性能测试及优化，并完成论文撰写工作。