[發明專利]一種平面光波導振動傳感器芯片懸臂梁的制作方法

無效

• 申請號: 201410197243.9
• 申請日: 2014-05-12
• 公開（公告）號: CN103954347A
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發明（設計）人: 高仁喜;孫正和;夏正娜
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（威海）
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 代理公司: 威海科星專利事務所 37202
• 代理人: 王元生

技術領域

本發明涉及一種光波導振動傳感器，具體的說是一種平面光波導振動傳感器芯片懸臂梁的制作方法。

背景技術

傳統的振動傳感器一般采用電類傳感器，這類傳感器在強電磁干擾、高溫潮濕、高壓等環境下難以工作，且不適用于遠距離傳感。

光波導振動傳感器克服了電類傳感器的不足已被使用，光波導振動傳感器中以懸臂梁形式的居多。現有的懸臂梁加工方法是用腐蝕法，通常是對基于硅襯底上的光波導結構進行硅腐蝕，加工出光波導懸臂梁結構。但硅材料機械強度較低，容易損壞，且硅腐蝕法僅能加工較小尺寸的懸臂梁，尺寸一般在幾百nm到幾μm數量級，僅適合在高頻率波段響應機械振動，而不適合在低頻率波段響應機械振動。而對于在玻璃襯底上的光波導芯片，目前無法通過純腐蝕法制備出光波導懸臂梁結構。并且純腐蝕法采用的硅襯底基光波導芯片與標準光纖連接封裝工藝不兼容。制備在玻璃襯底上的PLC光波導芯片，和標準光纖封裝工藝兼容，但無法通過純腐蝕法制備出光波導懸臂梁結構。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服上述現有技術的不足，提供一種操作簡單，加工效率高，速度快，懸臂梁尺寸在μm數量級或mm數量級，既適合在高頻率波段響應機械振動，也適合在低頻率波段響應機械振動的平面光波導振動傳感器芯片懸臂梁的制作方法。

本發明解決上述技術問題采用的技術方案是：一種平面光波導振動傳感器芯片懸臂梁的制作方法，其以玻璃襯底上的平面光波導分路芯片為基材，所述平面光波導分路芯片設有輸入分路光波導、輸出分路光波導；其特征是：首先清洗平面光波導分路芯片的上下兩表面，將平面光波導分路芯片的上表面作為懸臂梁的上表面，采用水輔助飛秒激光加工法在平面光波導分路芯片上加工懸臂梁，分別在每條輸入分路光波導的兩側挖出一對等長的與輸入分路光波導平行的縱向凹槽，而后在輸入分路光波導所在芯層區域之下，兩側縱向凹槽底端所在平面之上切割出一個矩形底部間隙，使兩側的縱向凹槽在底部連通；最后在兩側的縱向凹槽的前端挖出一條連通兩側縱向凹槽的橫向凹槽，所述縱向凹槽、橫向凹槽、矩形底部間隙包圍的中間區域形成可自由振動的懸臂梁。

本發明所述懸臂梁的厚度為80微米，懸臂梁前端的橫向凹槽的寬度為10～20微米。即懸臂梁的前端面與懸臂梁橫向凹槽另一側的輸出分支光波導的輸入端的距離為10～20微米。各個懸臂梁的長度和寬度不同，可根據響應振動頻率的需要選擇。

本發明所述清洗平面光波導分路芯片的上下兩表面是將玻璃襯底上的平面光波導分路芯片依次置于丙酮、去離子水、酒精中，用功率40瓦的超聲波清洗，再放入真空干燥箱中，在80℃恒溫條件下加熱半小時，冷卻后，再用酒精清洗平面光波導分路芯片的上下兩表面。

本發明采用水輔助飛秒激光加工法加工光波導懸臂梁，平面光波導分路芯片內波導芯層的上分界面距離平面光波導分路芯片的上表面約40微米，飛秒激光的入射方向是從平面光波導分路芯片的下表面朝向上表面方向入射。芯片的放置方法有兩種，一種為平面光波導分路芯片的上表面朝上放置在透明的平底容器內，平面光波導分路芯片被平底容器內的水淹沒，平面光波導分路芯片的下表面與平底盤底面之間沒有可以起伏的水面，飛秒激光自下而上透過平底容器底面入射。另一種為平面光波導分路芯片的上表面朝下放置在透明的平底容器內，平面光波導分路芯片浸泡在平底容器內的水中但不被淹沒，飛秒激光自上而下入射，水覆蓋平面光波導分路芯片的上表面，但不覆蓋平面光波導分路芯片的下表面，這樣可避免在加工過程中，平面光波導分路芯片下表面一側水面起伏對光束匯聚的影響。

本發明所述縱向凹槽和橫向凹槽的挖出是從平面光波導分路芯片的上表面開始往芯片內部由淺入深逐層進行，由于水覆蓋平面光波導分路芯片的上表面，加工下來的玻璃殘渣能被水沖走，而不會影響飛秒激光對材料的刻蝕加工。懸臂梁底部間隙的加工先從縱向凹槽底一側開始，使加工下來的玻璃殘渣能通過縱向凹槽被水沖走。