【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于微机电系统，具体涉及一种基于腔内承载与悬臂梁支撑耦合结构的微机电法布里-珀罗干涉仪。
技术介绍
1、法布里珀罗干涉仪被广泛应用于激光、通信和光谱学等多个领域。从上世纪80年代p.a.leilabad首次制作出第一个法布里珀罗干涉仪之后，科学家们在此基础上提出了很多种不同的法布里珀罗腔结构，根据f-p腔构成的不同，大体上可分为两种类型：第一种是传统的本征型f-p结构，第二种是近几年来发展起来的非本征型f-p结构。法布里珀罗干涉仪工作原理为：当传输光通过f-p腔的第一个端面进入腔空间后，会在第一个端面和第二个端面发生反射，两束反射光由于光程差不同，发生干涉。
2、微机电系统（micro-electro-mechanical system，mems）在电子器件小型化和集成化方面成为电子信息领域的研究热点。同时微型化以后的机械部件具有惯性小、谐振频率高及响应时间短等优点。mems没有一个固定成型的标准化的生产工艺流程， 每一款mems都针对下游特定的应用场合和需求有独特的设计和对应的封装形式。mems 更高的表面体积比（表面积比体积）可以提高表面传感器的敏感程度，推动了微机械传感器、执行器和换能器等小型化应用领域的迅猛发展。
3、法布里-珀罗腔是由高反射率可动光学镜面与准直扩束光纤端面组成的，两个光学平面相互平行，其中法布里-珀罗腔被形成到镜之间的间隙中。通常使用mems技术生产法布里-珀罗干涉仪，其兼备了mems技术与光纤技术的优点，并且结构紧凑、工艺简单、驱动电压低，可用于光通信等场合。法布里-
技术实现思路
1、本专利技术解决的技术问题是提供了一种基于腔内承载与悬臂梁支撑耦合结构的微机电法布里-珀罗干涉仪，该器件在向法布里-珀罗干涉仪的上下电极施加电压时，以独特的结构保持上镜面的平整度，使机械能消耗在悬臂支撑梁、可动式圆弧悬臂梁的尺寸以及腔内承载墩处，消除电压对上基板平整度的影响，提高器件的精细度，从而具有优异的检测精度。
2、本专利技术为解决上述技术问题采用如下技术方案，基于腔内承载与悬臂梁支撑耦合结构的微机电法布里-珀罗干涉仪，其特征在于包括腔外承载层、设置于腔外承载层两侧的上基板和下基板以及设置于腔外承载层内部的腔内承载墩，该上基板、腔内承载墩、腔外承载层和下基板共同构成法布里-珀罗腔体，所述上基板由基板载体、悬臂支撑梁、可动式圆弧悬臂梁和上镜面构成，其中基板载体中部设有贯通的圆形内腔，可动式圆弧悬臂梁受力移动端两侧分别通过悬臂支撑梁与基板载体圆形内腔和上镜面外缘固定，该可动式圆弧悬臂梁另一侧不动端由腔内承载墩进行固定，相邻的可动式圆弧悬臂梁之间设有空气间隙，所述下基板由下镜面和下电极构成，其中下电极在下镜面的分布位置与可动式圆弧悬臂梁的受力移动端相对应。
3、进一步限定，所述上镜面和上电极均为可移动部件，其中上镜面不导电，基板载体、悬臂支撑梁和可动式圆弧悬臂梁共同作为上电极且该上电极具有电压。
4、进一步限定，所述腔外承载层和腔内承载墩均为绝缘体，用于在不受力情况下保证上基板和下基板平行，且在腔外承载层的腔内设置腔内承载墩以消耗上镜面在静电驱动下的机械能，同时确保法布里-珀罗腔体高度为预设值。
5、进一步限定，所述下基板为固定结构，其中下镜面接地，下电极的电压与上电极的电压相同，下电极与上电极等电势能够在电极区域避免静电耦合，避免器件在工作中上基板发生偏转、褶皱现象。
6、进一步限定，所述上镜面和下镜面均为多层具有不同折射率属性材料的镜层叠加构成，且不同折射率属性材料通过气相沉积的方法在硅基底上进行不同材料膜层的生长、沉积而成上镜面和下镜面。
7、进一步限定，所述法布里-珀罗腔体的腔体高度设计根据实际所需近红外光波的通带中心波长而变。
8、进一步限定，所述上基板上进行光刻，通过深反应离子刻蚀形成悬臂支撑梁、可动式圆弧悬臂梁和空气间隙；所述上基板和下基板分别通过溅射沉积金属铝，随后通过光刻、磷酸腐蚀形成上电极和下电极。
9、本专利技术所述的基于腔内承载与悬臂梁支撑耦合结构的微机电法布里-珀罗干涉仪通过腔内承载与悬臂梁支撑耦合结构，增强静电驱动时上镜面的平行度和平整度，有效规避电压施加于电极之间时上基板周围产生力的影响，以确保干涉仪的性能和精细度。法布里-珀罗干涉仪对两高反射镜面的平行度有极高的要求，为实现镜面的平动，则需要悬臂梁平动方向的刚度尽可能小，而其他方向的刚度尽可能大。在本专利技术中，可动式圆弧悬臂梁的受力移动端由悬臂支撑梁进行固定，其不动端由腔内承载墩进行固定，此结构吸收了大部分的机械能，从而保证上镜面受力均匀且不发生形变。
10、本专利技术所述基于腔内承载与悬臂梁支撑耦合结构的微机电法布里-珀罗干涉仪，在信号光由光纤传输至第一个光学平面（即上基板）时发生反射，一部分光由于菲涅尔反射形成反向光信号，一部分光进入法布里珀罗腔，在到达第二个光学平面（即下基板）时发生反射，经由法布里珀罗腔耦合回光纤，多束反射光由于满足相干条件而发生干涉。外界被测量变化时，法布里珀罗腔的折射率和腔长发生改变，进而影响干涉光谱波峰（或波谷）的位置，通过对波峰（或波谷）的波长变化进行分析，就可以得到被测量的信息。
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1.基于腔内承载与悬臂梁支撑耦合结构的微机电法布里-珀罗干涉仪，其特征在于包括腔外承载层、设置于腔外承载层两侧的上基板和下基板以及设置于腔外承载层内部的腔内承载墩，该上基板、腔内承载墩、腔外承载层和下基板共同构成法布里-珀罗腔体，所述上基板由基板载体、悬臂支撑梁、可动式圆弧悬臂梁和上镜面构成，其中基板载体中部设有贯通的圆形内腔，可动式圆弧悬臂梁受力移动端两侧分别通过悬臂支撑梁与基板载体圆形内腔和上镜面外缘固定，该可动式圆弧悬臂梁另一侧不动端由腔内承载墩进行固定，相邻的可动式圆弧悬臂梁之间设有空气间隙，所述下基板由下镜面和下电极构成，其中下电极在下镜面的分布位置与可动式圆弧悬臂梁的受力移动端相对应。
2.根据权利要求1所述的基于腔内承载与悬臂梁支撑耦合结构的微机电法布里-珀罗干涉仪，其特征在于：所述上镜面和上电极均为可移动部件，其中上镜面不导电，基板载体、悬臂支撑梁和可动式圆弧悬臂梁共同作为上电极且该上电极具有电压。
3.根据权利要求1所述的基于腔内承载与悬臂梁支撑耦合结构的微机电法布里-珀罗干涉仪，其特征在于：所述腔外承载层和腔内承载墩均为绝缘体，用于在不
4.根据权利要求1所述的基于腔内承载与悬臂梁支撑耦合结构的微机电法布里-珀罗干涉仪，其特征在于：所述下基板为固定结构，其中下镜面接地，下电极的电压与上电极的电压相同，下电极与上电极等电势能够在电极区域避免静电耦合，避免器件在工作中上基板发生偏转、褶皱现象。
5.根据权利要求1所述的基于腔内承载与悬臂梁支撑耦合结构的微机电法布里-珀罗干涉仪，其特征在于：所述上镜面和下镜面均为多层具有不同折射率属性材料的镜层叠加构成，且不同折射率属性材料通过气相沉积的方法在硅基底上进行不同材料膜层的生长、沉积而成上镜面和下镜面。
6.根据权利要求1所述的基于腔内承载与悬臂梁支撑耦合结构的微机电法布里-珀罗干涉仪，其特征在于：所述法布里-珀罗腔体的腔体高度设计根据实际所需近红外光波的通带中心波长而变。
7.根据权利要求1所述的基于腔内承载与悬臂梁支撑耦合结构的微机电法布里-珀罗干涉仪，其特征在于所述上基板上进行光刻，通过深反应离子刻蚀形成悬臂支撑梁、可动式圆弧悬臂梁和空气间隙；所述上基板和下基板分别通过溅射沉积金属铝，随后通过光刻、磷酸腐蚀形成上电极和下电极。
...【技术特征摘要】
1.基于腔内承载与悬臂梁支撑耦合结构的微机电法布里-珀罗干涉仪，其特征在于包括腔外承载层、设置于腔外承载层两侧的上基板和下基板以及设置于腔外承载层内部的腔内承载墩，该上基板、腔内承载墩、腔外承载层和下基板共同构成法布里-珀罗腔体，所述上基板由基板载体、悬臂支撑梁、可动式圆弧悬臂梁和上镜面构成，其中基板载体中部设有贯通的圆形内腔，可动式圆弧悬臂梁受力移动端两侧分别通过悬臂支撑梁与基板载体圆形内腔和上镜面外缘固定，该可动式圆弧悬臂梁另一侧不动端由腔内承载墩进行固定，相邻的可动式圆弧悬臂梁之间设有空气间隙，所述下基板由下镜面和下电极构成，其中下电极在下镜面的分布位置与可动式圆弧悬臂梁的受力移动端相对应。
2.根据权利要求1所述的基于腔内承载与悬臂梁支撑耦合结构的微机电法布里-珀罗干涉仪，其特征在于：所述上镜面和上电极均为可移动部件，其中上镜面不导电，基板载体、悬臂支撑梁和可动式圆弧悬臂梁共同作为上电极且该上电极具有电压。
3.根据权利要求1所述的基于腔内承载与悬臂梁支撑耦合结构的微机电法布里-珀罗干涉仪，其特征在于：所述腔外承载层和腔内承载墩均为绝缘体，用于在不受力情况下保证上基板和下基板平行，且在腔外承载层的腔内设置腔内承载墩以消耗...
【专利技术属性】
技术研发人员：巴雁远，慕璠钰，周远航，李一鸣，
申请(专利权)人：河南师范大学，
类型：发明
国别省市：
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