一种衍射光栅、其制备方法及一种光学麦克风技术

本发明专利技术公开了一种衍射光栅、其制备方法及一种光学麦克风，涉及集成光学器件技术领域，解决了现有的衍射光栅的光学稳定性较低、制备工艺复杂，不便于大规模制造生产的问题。衍射光栅，包括底部薄膜层及设在所述底部薄膜层上的至少一个光栅块，所述光栅块的周围的设有数个气孔，所述气孔开设于所述底部薄膜层上，每个所述气孔的直径为70～100微米，气孔边缘的厚度至光栅块边缘的厚度逐渐减薄。还提供衍射光栅的制备方法，包括以下步骤：提供底部薄膜层，在底部薄膜层上刻蚀至少一个光栅块得到第一预制件；在所述第一预制件的每个光栅块周围，均匀开设数个气孔得到衍射光栅。还提供了基于此种衍射光栅的一种光学麦克风。基于此种衍射光栅的一种光学麦克风。基于此种衍射光栅的一种光学麦克风。

【技术实现步骤摘要】
一种衍射光栅、其制备方法及一种光学麦克风


[0001]本专利技术涉及集成光学器件
，特别涉及一种衍射光栅、其制备方法及一种光学麦克风。

技术介绍

[0002]衍射光栅是用于按波长对各种波长的光混合在一起的光、即白色光进行分离的光学元件，被广泛应用于分光器、麦克风等多种器件。而麦克风自专利技术以来经过漫长的发展衍生出好几类形式的麦克风，包括动态麦克风、带状麦克风、电容式麦克风、驻极体麦克风、压电麦克风等，MEMS麦克风具有低功耗、低成本以及小型化封装易于集成等优点。但是主流的基于MEMS工艺的电容式麦克风设计原理等限制，其性能已经达到瓶颈。
[0003]光学麦克风的原理是利用声音信号对光学相位的调制从而影响光学信号，以达到高灵敏度和动态范围的目的，其具有体积小、性能可靠等优点。光学麦克风涉及到声音信号到光学信号的转变，光学信号再到电信号的转变。光学麦克风利用声音对光信号的改变可以分为有膜和无膜两种设计原理。无膜的光学麦克风多依赖光纤为传输载体。无膜光纤型光学麦克风探测单元结构简单、动态范围大、灵敏度高，但其整体结构和光学信号转化处理复杂。有膜光学麦克风利用振膜振动使得声信号转换成光信号，可以实现高信噪比和声学过载范围。
[0004]但是现有的衍射光栅的光学稳定性较低、制备工艺复杂，不便于大规模制造生产的缺陷。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在解决现有的衍射光栅的光学稳定性较低、制备工艺复杂，不便于大规模制造生产的问题，本专利技术通过在底部薄膜层上光栅块周围开设数个气孔，能够平衡衍射光栅两侧气压，提高了衍射光栅的光学稳定性。同时将每个气孔的直径控制为70～100微米，使得振动被消减，使得衍射光栅的底部薄膜层、光栅块、气孔等区域的结构更加稳定，从而使得衍射光栅的结构稳定，性能优良。
[0006]本专利技术为了实现上述目的具体采用以下技术方案：
[0007]一种衍射光栅，包括底部薄膜层及设在所述底部薄膜层上的至少一个光栅块，所述光栅块的周围的设有数个气孔，所述气孔开设于所述底部薄膜层上，每个所述气孔的直径为70～100微米，气孔边缘的厚度至光栅块边缘的厚度逐渐减薄。
[0008]可选的，所述气孔的形状为圆形或正多边形的一种或多种。
[0009]可选的，每个所述光栅块的厚度为1～2微米，每个所述光栅块的最大直径或边长为60～160微米。
[0010]可选的，所述光栅块的形状为圆形或正多边形的一种或多种。
[0011]可选的，所述底部薄膜层的厚度为2～3微米。
[0012]可选的，所述底部薄膜层为SiO2薄膜、PE薄膜、PET薄膜、PVC薄膜或PA薄膜。
[0013]可选的，所述光栅块的材质为金、银、铂、单晶硅、氮化硅中的任一种。
[0014]可选的，所述气孔的形状为圆形或正多边形的一种或多种。
[0015]本专利技术还提供一种基于上述的一种衍射光栅的制备方法，包括以下步骤：
[0016]S1、提供底部薄膜层，在底部薄膜层上刻蚀至少一个光栅块得到第一预制件；
[0017]S2、在所述第一预制件的每个光栅块周围，均匀开设数个气孔，得到衍射光栅。
[0018]本专利技术还提供一种光学麦克风，包括上述的衍射光栅和中空的壳体，所述衍射光栅设在设置在所述壳体内中部，所述壳体内顶部设有振膜，所述衍射光栅下方设有激光器，所述壳体内底部上设有光电探测器。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
[0020]1.本专利技术所涉及的一种衍射光栅，衍射光栅具有多缝衍射和干涉作用，可以将射到衍射光栅上的光束按波长的不同进行色散。衍射光栅在应用时，衍射光栅所应用的设备工作，会引起衍射光栅的振动，本专利技术通过在底部薄膜层上光栅块周围开设数个气孔，能够平衡衍射光栅两侧气压，提高了衍射光栅的光学稳定性。同时将每个气孔的直径控制为70～100微米，使得振动被消减，使得衍射光栅的底部薄膜层、光栅块、气孔等区域的结构更加稳定，从而使得衍射光栅的结构稳定，性能优良。此外，将气孔边缘的厚度至光栅边缘的厚度设置为逐渐减薄，能够进一步消减振动，避免了光栅块和气孔区域的撕裂和塌陷，提高了衍射光栅的光学稳定性。
[0021]2.本专利技术所涉及的一种衍射光栅的制备方法，制备方法的操作简单，便于实现大规模生产。
[0022]3.本专利技术所涉及的一种光学麦克风，光学麦克风的工作过程及工作原理为：壳体中部的衍射光栅利用多缝衍射和干涉作用，将射到光栅下表面的激光一部分进行反射，另一部分进行衍射。通过光栅衍射后的激光，形成多路光信号射到振膜下表面进行全反射后又通过光栅区域射入到底部探测器和光栅下表面反射的激光形成干涉信号。通过利用光学衍射和干涉原理，实现对麦克风振膜的振动幅度和频率进行精确感知与读出。声音信号引起振膜振动后，会使得振膜下表面反射光的光程差发生相应的变换，当反射光的光程差发生变化后，引起干涉的两束光的相位也随之发生变化，从而使得探测器处的光强发生变化，以此实现了对声音信号到光信号的转变。
[0023]由于壳体内的衍射光栅性能优异，在应用时，光学麦克风开启工作会产生振动，同时带动衍射光栅的振动，由于衍射光栅的特殊结构：在底部薄膜层上光栅块周围开设数个气孔，使得本专利技术的光学麦克风能够平衡壳体内、衍射光栅两侧的气压，提高了光学麦克风的信号传导的稳定性，实现信号的高质量传导。光学麦克风内衍射光栅的气孔的直径控制为70～100微米，使得光学麦克风的振动被消减，使得光学麦克风的内部结构更加稳定，性能优良。此外，将光学麦克风内衍射光栅的气孔边缘的厚度至光栅边缘的厚度设置为逐渐减薄，能够进一步消减振动，避免了衍射光栅的撕裂和塌陷，提高了衍射光栅的光学稳定性，进一步提高了光学麦克风的具有较高的信噪比和灵敏度，实现提供一种小尺寸、高稳定性、高信噪比和灵敏度的光学麦克风。
附图说明
[0024]图1为本专利技术所涉及的一种衍射光栅的结构示意图。
[0025]图2为本专利技术所涉及的一种光学麦克风的结构示意图。
[0026]附图说明：1
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光栅块，2
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气孔，3
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衍射光栅，4
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底部薄膜层，5
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壳体，6
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激光器，7
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光电探测器。
[0027]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0028]因此，以下对提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
具体实施方式
[0029]请参阅图1，一种衍射光栅，包括底部薄膜层及设在所述底部薄膜层上的至少一个光栅块，所述光栅块的周围的设有数个气孔，所述气孔开设于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种衍射光栅，其特征在于，包括底部薄膜层及设在所述底部薄膜层上的至少一个光栅块，所述光栅块的周围的设有数个气孔，所述气孔开设于所述底部薄膜层上，每个所述气孔的直径为70～100微米，气孔边缘的厚度至光栅块边缘的厚度逐渐减薄。2.根据权利要求1所述的一种衍射光栅，其特征在于，所述气孔的形状为圆形或正多边形的一种或多种。3.根据权利要求1所述的一种衍射光栅，其特征在于，每个所述光栅块的厚度为1～2微米，每个所述光栅块的最大直径或边长为60～160微米。4.根据权利要求1所述的一种衍射光栅，其特征在于，所述光栅块的形状为圆形或正多边形的一种或多种。5.根据权利要求1所述的一种衍射光栅，其特征在于，所述底部薄膜层的厚度为2～3微米。6.根据权利要求1所述的一种衍射光栅，其特征在于，所述底部薄膜层为...

【专利技术属性】
技术研发人员：巫江，刘继林，任翱博，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：