補償式微位移傳感光子集成晶片的製作方法

2023-06-07 19:49:31

專利名稱：補償式微位移傳感光子集成晶片的製作方法
技術領域：
本發明涉及光傳感技術領域，更具體的說是涉及一種補償式微位移傳感光子集成心片。
背景技術：
傳感技術是信息產業的三大基石之一，微位移傳感器是精密儀器加工製造、性能檢測以及智能化不可缺少的器件。它不僅應用於民用產品，在航空航天、武器裝備等領域更是扮演著舉足輕重的角色。現在國際上的微位移測量方法主要包括隧道掃描法、壓阻法、壓電法、差指法、電磁法、以及可變電容法等。但上述探測方法由於在測量中需要接觸待測目標，且量程小、精度低、採集信號需要後臺放大處理等，從而引入電噪聲，具有測量速度慢、受環境溫度和電磁幹擾較大、體積較大等缺點。 光學測微方法，例如反射法、相干法等，由於其能實時反應、精度高、量程大等優點在近幾年備受青睞。光學測微系統主要包括光源和探測器兩部分，現有光學測量方法一般採用雷射器作為獨立的光源，用CCD或雪崩二極體等作為獨立的接收器。其體積龐大，測量精度受光源穩定性和目標特性的影響大等缺點，不利於精細測量。因此發明一種補償式微位移傳感光子集成晶片是非常急需且必要的。

發明內容
( — )要解決的技術問題 本發明的主要目的在於提供一種補償式微位移傳感光子集成晶片，以解決垂直腔面發射雷射器和兩個諧振腔增強型光電探測器的單片集成問題，實現補償式反射測微。
( 二 )技術方案 為達到上述目的，本發明提供了一種補償式微位移傳感光子集成晶片，該晶片由一個面發射雷射器和至少二個諧振腔增強型光電探測器構成，其中，所述面發射雷射器發出的雷射照射到目標探測物表面，經目標探測物散射或反射後，被所述至少二個諧振腔增強型光電探測器接收，通過測量所述至少二個諧振腔增強型光電探測器探測到的光強變化來實現微位移傳感。 上述方案中，所述面發射雷射器與所述諧振腔增強型光電探測器材料、結構均相同，只有偏壓不同。 上述方案中，所述至少二個諧振腔增強型光電探測器位於所述面發射雷射器的兩側，且與所述面發射雷射器的距離不等，利用所述至少二個諧振腔增強型光電探測器所探測功率的比值反演被探測物位移的變化，以降低探測精度對光源穩定性和探測物表面特性的影響。 上述方案中，所述至少二個諧振腔增強型光電探測器位於所述面發射雷射器的同
上述方案中，所述諧振腔增強型光電探測器是單個的諧振腔增強型光電探測器單元，或者是諧振腔增強型光電探測器陣列。 上述方案中，所述面發射雷射器和所述至少二個諧振腔增強型光電探測器被集成到同一個晶片上。 上述方案中，所述面發射雷射器和所述至少二個諧振腔增強型光電探測器被耦合
到同一根多模光纖中。(三)有益效果 從上述技術方案可以看出，本發明具有以下有益效果 1、本發明提供的這種補償式微位移傳感光子集成晶片，將雷射光源與探測器進行集成，實現了微位移傳感器的微型化，便於安裝在狹小空間進行測量。 2、本發明提供的這種補償式微位移傳感光子集成晶片，採用光反射式測量方案，避免了接觸探測所造成的表面損傷。 3、本發明提供的這種補償式微位移傳感光子集成晶片，採用了全光測量方案，實現了高速、實時、高精度的探測。 4、本發明提供的這種補償式微位移傳感光子集成晶片，採用了補償式探測方案，降低了對光源穩定性、探測目標特性等的要求。 5、本發明提供的這種補償式微位移傳感光子集成晶片，可實現高溫、高壓、高場、高電磁幹擾等條件下的實時測微。 6、本發明提供的這種補償式微位移傳感光子集成晶片，解決了垂直腔面發射雷射器和兩個諧振腔增強型光電探測器的單片集成問題，實現了補償式反射測微。


圖1是本發明提供的補償式微位移傳感光子集成晶片的示意圖。
具體實施例方式
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，並參照附圖，對本發明進一步詳細說明。 面發射雷射器(VCSEL)和諧振腔增強型(RCE)光電探測器都是垂直腔光子器件，可利用相同材料、相同結構、只是偏壓不同即可分別實現雷射和探測器的功能。因此可以在同一外延片上用相同的工藝將VCSEL和RCE探測器進行單片集成。 如圖1所示，圖1是本發明提供的補償式微位移傳感光子集成晶片的示意圖。面發射雷射器1工作在正偏電壓下作為光源，RCE光電探測器2與RCE光電探測器3工作在反偏電壓下作為光探測器。VCSEL與RCE光電探測器2和RCE光電探測器3的距離分別是dl與d2(dl # d2)，三個器件集成在同一平面上，與探測目標4的距離為x。面發射雷射器l(光源)發出的光照射在探測目標上發生漫反射，RCE光電探測器2和RCE光電探測器3接收到的漫反射光功率不同，通過求兩個探測器功率的比值，反演微位移的變化。此方法消除了光源的穩定性，探測目標特性等對探測精度的影響，實現了補償式微位移傳感。
本發明還可將3個或多個非共線、非對稱RCE探測器與VCSEL集成在一起，實現探測目標三維或多維的變化。 本發明中，微位移傳感晶片的探測器是單個的RCE探測單元，也可以是RCE探測器陣列。微位移傳感晶片的探測器非對稱地位於VCSEL兩側，也可以在VCSEL同側。 本發明還可將晶片單元VCSEL和RCE探測器耦合到同一根多模光纖中，增加了其
應用的靈活性，並可以應用於高溫、高壓、強腐蝕等極端惡劣的環境中。 以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳
細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，並不用於限制本發明，凡
在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保
護範圍之內。
權利要求
一種補償式微位移傳感光子集成晶片，其特徵在於，該晶片由一個面發射雷射器和至少二個諧振腔增強型光電探測器構成，其中，所述面發射雷射器發出的雷射照射到目標探測物表面，經目標探測物散射或反射後，被所述至少二個諧振腔增強型光電探測器接收，通過測量所述至少二個諧振腔增強型光電探測器探測到的光強變化來實現微位移傳感。
2. 根據權利要求1所述的補償式微位移傳感光子集成晶片，其特徵在於，所述面發射 雷射器與所述諧振腔增強型光電探測器材料、結構均相同，只有偏壓不同。
3. 根據權利要求1所述的補償式微位移傳感光子集成晶片，其特徵在於，所述至少二 個諧振腔增強型光電探測器位於所述面發射雷射器的兩側，且與所述面發射雷射器的距離 不等，利用所述至少二個諧振腔增強型光電探測器所探測功率的比值反演被探測物位移的 變化，以降低探測精度對光源穩定性和探測物表面特性的影響。
4. 根據權利要求1所述的補償式微位移傳感光子集成晶片，其特徵在於，所述至少二 個諧振腔增強型光電探測器位於所述面發射雷射器的同側。
5. 根據權利要求1所述的補償式微位移傳感光子集成晶片，其特徵在於，所述諧振腔 增強型光電探測器是單個的諧振腔增強型光電探測器單元，或者是諧振腔增強型光電探測 器陣列。
6. 根據權利要求1所述的補償式微位移傳感光子集成晶片，其特徵在於，所述面發射 雷射器和所述至少二個諧振腔增強型光電探測器被集成到同一個晶片上。
7. 根據權利要求1所述的補償式微位移傳感光子集成晶片，其特徵在於，所述面發射 雷射器和所述至少二個諧振腔增強型光電探測器被耦合到同一根多模光纖中。
全文摘要
本發明公開了一種補償式微位移傳感光子集成晶片，該晶片由一個面發射雷射器和至少二個諧振腔增強型光電探測器構成，其中，所述面發射雷射器發出的雷射照射到目標探測物表面，經目標探測物散射或反射後，被所述至少二個諧振腔增強型光電探測器接收，通過測量所述至少二個諧振腔增強型光電探測器探測到的光強變化來實現微位移傳感。利用本發明，解決了垂直腔面發射雷射器和兩個諧振腔增強型光電探測器的單片集成問題，實現了補償式反射測微。
文檔編號G01B11/02GK101718526SQ20091024169
公開日2010年6月2日 申請日期2009年12月2日 優先權日2009年12月2日
發明者劉宇, 劉建國, 孫可, 祝寧華, 謝亮, 陳偉, 鞠昱 申請人:中國科學院半導體研究所