[發(fā)明專利]具有多臺(tái)階的寬范圍光纖真空傳感器及其制作方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310228911.5
• 申請(qǐng)日: 2013-06-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103344381A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 江俊峰;劉鐵根;尹金德;劉琨;鄒盛亮;王雙;秦尊琪;吳凡
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): G01L21/00
• 分類號(hào): G01L21/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 李素蘭

1.一種具有多臺(tái)階的寬范圍光纖真空傳感器，包括傳感器頭、傳感器體（5）和傳輸光纖（7）、以及傳感器的支撐結(jié)構(gòu)和傳輸光纖的容納結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述傳感器頭為臺(tái)階式光纖真空傳感器頭，具有雙層結(jié)構(gòu)，第一層結(jié)構(gòu)為單晶硅晶圓片（2），第二層結(jié)構(gòu)為Pyrex玻璃晶圓片（3）；其中：?

所述單晶硅晶圓片（2）作為彈性膜片，感受壓力，單晶硅晶圓片前表面（9）具有SiO₂氧化層臺(tái)階（1）且經(jīng)光刻腐蝕，單晶硅晶圓片后表面（10）構(gòu)成法布里-珀羅腔（8）的第二個(gè)反射面；?

所述Pyrex玻璃晶圓片的Pyrex玻璃晶圓片前表面（16）具有兩級(jí)臺(tái)階式的圓形淺坑陣列，其被切割成表面為正方形或其他多邊形的單個(gè)傳感器頭單元，該圓形淺坑陣列包括圓形淺坑第一臺(tái)階（14）和圓形淺坑第二臺(tái)階（15）；圓形淺坑第二臺(tái)階（15）底部鍍的反射膜（17）作為法布里-珀羅腔（8）的第一個(gè)反射面；Pyrex玻璃晶圓片后表面（12）具有圓形淺坑（13），與前述圓形淺坑陣列的位置同心，共軸，用于對(duì)光纖的定位；?

所述傳感體（5）中間具有軸向通孔，遠(yuǎn)離傳感頭的一端設(shè)置有與軸向通孔同心、同軸的喇叭口，傳感器體前表面與傳感器頭后表面通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂膠膠合在一起；?

所述傳輸光纖（7）穿過(guò)傳感器體（5）中間的軸向通孔，其前端面置于傳感器頭后表面的圓形淺坑（13）內(nèi)，將傳輸光纖定位緊密貼合于傳感器體，該傳輸光纖用來(lái)傳輸入射光和出射光；?

所述單晶硅片（2）后表面與所述Pyrex玻璃片前表面淺坑第二級(jí)臺(tái)階底面之間的距離決定法布里-珀羅腔的初始長(zhǎng)度。?

2.如權(quán)利要求1所述的具有多臺(tái)階的寬范圍光纖真空傳感器，其特征在于，用于傳感器的支撐結(jié)構(gòu)和傳輸光纖的容納結(jié)構(gòu)的形狀為圓柱形或長(zhǎng)方體形，傳感器的中間開(kāi)有一個(gè)軸向通孔，制作材料是Pyrex玻璃或者K9玻璃材料。?

3.如權(quán)利要求1所述的具有多臺(tái)階的寬范圍光纖真空傳感器，其特征在于，傳輸光纖的種類包括單模光纖和多模光纖。?

4.如權(quán)利要求1所述的具有多臺(tái)階的寬范圍光纖真空傳感器的制作方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：?

步驟（1）、對(duì)4英寸Pyrex玻璃晶圓片（3）雙面拋光減薄，厚度為200μm～400μm，?用H₂SO₄和H₂O₂溶液進(jìn)行清洗；?

步驟（2）、對(duì)清洗后的Pyrex玻璃晶圓片（3）進(jìn)行表面第一次腐蝕，在Pyrex玻璃晶圓片前表面（16）腐蝕出圓形淺坑第一臺(tái)階14，直徑為1200μm～1900μm，深度為1μm～5μm；?

步驟（3）、對(duì)Pyrex玻璃晶圓片（3）進(jìn)行表面第二次腐蝕，在Pyrex玻璃晶圓片前表面（16）再腐蝕出圓形淺坑第二臺(tái)階（15），直徑為500μm～800μm，與第一臺(tái)階（14）的垂直距離為20μm～40μm，在圓形淺坑第二臺(tái)階（15）淺底部鍍反射率為10%～50%的反射膜（17），作為法布里-珀羅腔的第一反射面；?

步驟（4）、對(duì)Pyrex玻璃晶圓片3進(jìn)行表面第三次腐蝕，在Pyrex玻璃晶圓片后表面（12）腐蝕出圓形淺坑（13），直徑為180μm～300μm，深度為30μm～40μm；保證與前述兩個(gè)圓形淺坑陣列的位置同心、共軸；?

步驟（5）、將厚度為15μm～35μm的單晶硅晶圓片（2）雙面進(jìn)行拋光清洗之后，在高真空環(huán)境下，采用陽(yáng)極鍵合的方式，將單晶硅晶圓片后表面（10）與Pyrex玻璃晶圓片前表面（16）貼合在一起進(jìn)行鍵合，然后對(duì)單晶硅晶圓片前表面（9）進(jìn)行氧化處理，得到SiO₂氧化層，再通過(guò)光刻腐蝕在單晶硅晶圓片前表面（9）得到SiO₂氧化層臺(tái)階（1），其中單晶硅晶圓片后表面（10）作為法布里-珀羅腔的第二個(gè)反射面，從而得到具有多臺(tái)階的寬范圍光纖真空傳感器頭陣列晶圓片；?

步驟（6）、采用劃片機(jī)將4英寸傳感器頭的兩級(jí)臺(tái)階式的圓形淺坑陣列的晶圓片進(jìn)行劃片處理，切割成表面為正方形或其他多邊形的單個(gè)傳感器頭單元；?

步驟（7）、利用Pyrex玻璃或熔融石英材料制作傳感器體（5），首先將傳感器體（5）制作成外徑2.5mm～4mm，長(zhǎng)度為5mm～15mm的圓柱體形或長(zhǎng)方體形，在傳感器體的軸向中部鉆出直徑為127μm的軸向通孔（6），并在傳感器體后表面通孔邊緣一端鉆出一個(gè)錐度為10°～20°、深度為2mm～3mm的喇叭口；?

步驟（8）、將傳輸光纖（7）從傳感器體（5）喇叭口一端插入，并在傳感器體前表面（11）涂環(huán)氧樹(shù)脂膠，將傳感器頭芯片的Pyrex玻璃晶圓片后表面與環(huán)氧樹(shù)脂膠接觸，同時(shí)使圓形淺坑陣列（13）與傳感器體（5）的軸向通孔（6）對(duì)準(zhǔn)，推動(dòng)光纖（7）向前進(jìn)入圓形淺坑陣列（13），并與圓形淺坑陣列（13）的底部頂緊；?

步驟（9）、對(duì)傳輸光纖（7）套上光纖保護(hù)套，并在傳感器體（5）的尾部喇叭口中涂環(huán)氧樹(shù)脂膠，在電熱箱中60℃溫度下固化1小時(shí)，或者在常溫下固化24小時(shí)，?完成具有多臺(tái)階的寬范圍光纖真空傳感器制作。?

5.如權(quán)利要求4所述的具有多臺(tái)階的寬范圍光纖真空傳感器的制作方法，其特征在于，傳輸光纖的種類包括單模光纖和多模光纖。?