一种光学谐振器温度传感器制造技术

本发明专利技术提出了一种光学谐振器温度传感器，包括基底、直波导及跑道谐振腔；直波导设置在基底上；跑道谐振腔设置在基底上并位于直波导轴向的其中一侧；跑道谐振腔与直波导之间留有间隔，跑道谐振腔包括直跑道及半圆跑道，两条直跑道及两条半圆跑道围成环形的跑道谐振腔，两条直跑道均与直波导的轴向平行设置；利用环形谐振器原理，在微环部分增加了一段直波导作为跑道，以此来更好地控制直波导与微环间的耦合，使谐振器具有高阈值高稳定性的优势。使谐振器具有高阈值高稳定性的优势。使谐振器具有高阈值高稳定性的优势。

【技术实现步骤摘要】
一种光学谐振器温度传感器


[0001]本专利技术涉及光学谐振
，尤其涉及一种光学谐振器温度传感器。

技术介绍

[0002]光学谐振器是折射率敏感器件，主要根据目标物变化造成谐振波长偏移实现对目标物检测，灵敏度极高。目前，基于光学谐振器的温度传感器已经得到很多的应用。
[0003]中国专利CN111649840A公开了一种光学谐振器低温温度传感器及其制备、封装方法，其原理是利用光波导将光信号由输入光栅耦合器耦合进入光学谐振腔，并与光学谐振腔的光信号耦合后，再从输出光栅耦合器耦合输出。这种传感器是在晶圆晶片间添加一层温度敏感薄膜作为器件主体进行温度检测。但这类传感器进行温度检测时存在一定的检测阈值，因此通常用作低温温度传感器，并且外界压力等客观因素干扰容易造成检测误差。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提出了一种光学谐振器温度传感器，用于解决目前的传感器进行温度检测时存在检测阈值，而且容易受到外界压力等客观因素干扰的问题。
[0005]本专利技术的技术方案是这样实现的：本专利技术提供了一种光学谐振器温度传感器，包括基底；直波导，设置在基底上；跑道谐振腔，设置在基底上并位于直波导轴向的其中一侧；其中，跑道谐振腔与直波导之间留有间隔，跑道谐振腔包括直跑道及半圆跑道，两条直跑道及两条半圆跑道围成环形的跑道谐振腔，两条直跑道均与直波导的轴向平行设置。
[0006]在以上技术方案的基础上，优选的，还包括PDMS感热涂层及二氧化硅氧化层；PDMS感热涂层涂布在直波导及跑道谐振腔上表面；二氧化硅氧化层设置在直波导及跑道谐振腔下表面与基底之间。
[0007]更进一步优选的，还包括罩壳，盖设在基底上；其中，罩壳罩住直波导及跑道谐振腔，罩壳的外侧壁上对称开设有两个开口，两个开口分别对准直波导的轴向两端。
[0008]更进一步优选的，罩壳由环氧树脂材料制成。
[0009]更进一步优选的，直波导与跑道谐振腔之间的耦合系数K1为，K1≈sin(κL)，其中，L为直跑道的长度，k为两条平行的直波导之间的耦合系数。
[0010]更进一步优选的，直波导及跑道谐振腔的宽度均为1400nm
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1500nm，直波导及跑道谐振腔的厚度均为1400nm
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1500nm，直波导与跑道谐振腔的耦合间距为200nm
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800nm；直跑道长度为10um
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60um，半圆跑道半径为80um
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120um。
[0011]更进一步优选的，基底厚度为500um
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700um，PDMS感热涂层的厚度不小于5um，二氧化硅氧化层厚度为3um
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5um。
[0012]在以上技术方案的基础上，优选的，跑道谐振腔与直波导采用氮化硅或者聚苯乙烯材料制成。
[0013]更进一步优选的，制备温度传感器包括以下步骤，步骤一，在纯硅衬底上通过光刻技术刻蚀出直波导及跑道谐振腔的图案，获得硅模具；步骤二，将硅模具上涂覆PDMS软膜并
覆盖住直波导及跑道谐振腔的图案，PDMS软膜固化后脱离硅模具，获得具有直波导及跑道谐振腔图案的成型软膜；步骤三，在基底上旋涂聚苯乙烯，然后将成型软膜压印在基底上，并将软膜上直波导及跑道谐振腔的图案复刻在基底上的聚苯乙烯材料上表面，最后在基底上旋涂PDMS感热涂层，获得最终产品。
[0014]更进一步优选的，制备温度传感器的步骤还包括步骤四，将罩壳通过紫外胶固化粘连在基底上并罩住直波导及跑道谐振腔。
[0015]本专利技术的一种光学谐振器温度传感器相对于现有技术具有以下有益效果：
[0016](1)本专利技术利用环形谐振器原理，在微环部分增加了一段直波导作为跑道，以此来更好地控制直波导与微环间的耦合，使谐振器具有高阈值高稳定性的优势。
[0017](2)本专利技术利用PDMS材料的高热光效应，将其涂覆在光学谐振器上进行温度传感，能够驱动更精确的检测效果。
[0018](3)本专利技术设置罩壳作为防干扰封装，使装置的光学谐振部位不受压力等外界环境因素干扰，确保了温度检测的准确性，也避免了长时间使用带来的污染损坏。
[0019](4)本专利技术先通过光刻获得谐振器的模具，再利用模具制作成型软膜，最后通过软膜压印旋涂有聚苯乙烯的基底上，使基底上形成直波导及跑道谐振腔，从而使装置具有体型小，成本低，制备方法可重复性高的优点。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]图1为本专利技术的温度传感器的立体图；
[0022]图2为本专利技术的温度传感器的俯视图；
[0023]图3为本专利技术的仿真跑道结构微环谐振器输出谱线图；
[0024]图4为本专利技术的实测跑道结构微环谐振器输出谱线图；
[0025]图5为本专利技术的输出功率随温度变化趋势图。
[0026]图中：1、基底；2、直波导；3、跑道谐振腔；31、直跑道；32、半圆跑道；4、PDMS感热涂层；5、二氧化硅氧化层；6、罩壳；601、开口。
具体实施方式
[0027]下面将结合本专利技术实施方式，对本专利技术实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本专利技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本专利技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本专利技术保护的范围。
[0028]实施例一
[0029]如图1所示，结合图2，本专利技术的一种光学谐振器温度传感器，包括基底1、直波导2、跑道谐振腔3、PDMS感热涂层4及二氧化硅氧化层5。
[0030]其中，基底1采用绝缘硅材料制成，基底1厚度为500um
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700um，
[0031]跑道谐振腔3与直波导2组成光学谐振器。跑道谐振腔3与直波导2采用氮化硅或者聚苯乙烯材料制成，使二者组成的光学谐振器的材料折射率大于二氧化硅，从而使光场能限制在光学谐振器的波导中。跑道谐振腔3形成的微环性能参数指标是耦合深度范围为0.4
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0.6，以达到监测的高阈值与高灵敏度。
[0032]直波导2设置在基底1上，直波导2两端分别接入输入光纤及输出光纤；直波导2宽度为1400nm
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1500nm，直波导2厚度为1400nm
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1500nm。
[0033]直波导2与跑道谐振腔3之间留有间隔，直波导2与跑道谐振腔3的耦合间距为200nm
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800nm。
[0034]跑道谐振腔3设置在基底1上并位于直波导2轴向的其中一侧，跑道谐振腔3对光有限制作用，随着外界环境温度变化，涂覆在直波本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光学谐振器温度传感器，其特征在于，包括：基底(1)；直波导(2)，设置在所述基底(1)上；跑道谐振腔(3)，设置在所述基底(1)上并位于直波导(2)轴向的其中一侧；其中，所述跑道谐振腔(3)与直波导(2)之间留有间隔，所述跑道谐振腔(3)包括直跑道(31)及半圆跑道(32)，两条所述直跑道(31)及两条半圆跑道(32)围成环形的跑道谐振腔(3)，两条所述直跑道(31)均与直波导(2)的轴向平行设置。2.根据权利要求1所述的一种光学谐振器温度传感器，其特征在于：还包括PDMS感热涂层(4)及二氧化硅氧化层(5)；所述PDMS感热涂层(4)涂布在所述直波导(2)及跑道谐振腔(3)上表面；所述二氧化硅氧化层(5)设置在所述直波导(2)及跑道谐振腔(3)下表面与基底(1)之间。3.根据权利要求2所述的一种光学谐振器温度传感器，其特征在于，还包括：罩壳(6)，盖设在所述基底(1)上；其中，所述罩壳(6)罩住直波导(2)及跑道谐振腔(3)，所述罩壳(6)的外侧壁上对称开设有两个开口(601)，两个所述开口(601)分别对准直波导(2)的轴向两端。4.根据权利要求3所述的一种光学谐振器温度传感器，其特征在于：所述罩壳(6)由环氧树脂材料制成。5.根据权利要求2所述的一种光学谐振器温度传感器，其特征在于：所述直波导(2)与跑道谐振腔(3)之间的耦合系数K1为，K1≈sin(κL)，其中，L为所述直跑道(31)的长度，k为两条平行的所述直波导(2)之间的耦合系数。6.根据权利要求2所述的一种光学谐振器温度传感器，其特征在于：所述直波导(2)及跑道谐振腔(3)宽度均为1400nm
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1500nm，所述直波导(2)及跑道谐振腔(3)厚度均为1400nm<...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗为，涂睿，蔡海，郑如萍，唐在启，
申请(专利权)人：北京深谋科技有限公司，
类型：发明
国别省市：