基于镜像结构光子晶体的微加速度计设计.pdf

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1、7O传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)2014年第33卷第2期。》设计-f制造。f基于镜像结构光子晶体的微加速度计设计汤帅，许丽萍，温廷敦(中北大学微米纳米技术研究中心，山西太原030051)摘要：镜像结构光子晶体能够在一定范围的频带内形成单一的透射峰，受其他频率的光子影n~j4,且易于观察。从理论结果可以看出，这种光子晶体透射率与所受的轴向应力在一定范围内呈简单的线性关系。据此，该设计以典型的单悬臂梁结构为基础设计一种新型加速度计。在单悬臂梁根部所受应力最大处，用镜像结构光子晶体替代以往的力敏电阻器，通过测出透射光强算出透射率，进而可算

2、出加速度的值。从模态分析图中可以看到这种加速度计具有更好的稳定性和抗干扰性。关键词：镜像结构光子晶体；微加速度计；介观压光效应；悬臂梁结构；高灵敏度中图分类号：0437文献标识码：A文章编号：1000-9787(2014)02-0070-031JeSl●gnoi^m●lCroacce’leromet·er1baSed10nml●rr0rStJrUct·urephotoniccrystal●TANGShuai，XULi—ping，WENTing—dun(CenterofMicro／NanoTechnology，NorthUniversityofChina，Taiyuan030051，China)

3、Abstract：Mirrorstructurephotoniccrystalcanformsingletransmissionpeak，withinacertainrangeoffrequencybandafectedbyphotonsofotherfrequenciesandeasytoobserve．Ascanbeseenfromthetheoreticalresults，this，kindofphotoniccrystaltransmissivityandaxialstresshassimplelinearrelationshipwithinacertainrange．Accordin

4、gtothis，thedesignonthebasisoftypicalsinglecantileverbeamstructure，designanewtypeofaccelerometer．Inmaximumstresspositionofsinglecantileverroot，usemirrorstructurephotoniccrystalsinsteadofforcesensitiveresistance，calculatetransmissivitythroughmeasuringtransmissionlightintensityandthuscancalculatevalueo

5、facceleration．Itcanbeseenfrommodalanalysisdiagram，thisaccelerometerhasbetterstabilityandanti-jamming．Keywords：mirorstructurephotoniccrystal；microaccelerometer；mesoscopiceffect；cantileverbeamstructure；highsensitivity0引言现光子带隙，落在禁带区域的光子将被抑制而不能传播。在MEMS器件中，加速度计作为一种惯性器件在自动利用掺杂技术，可以在理想光子晶体中产生缺陷模，光子便化、卫星导航和

6、航空航天等领域有着广泛的应用，传统的微可以在缺陷模中传播l4J。由于掺杂技术的局限性，直接加速度计主要有压阻式、压电式、电容式、隧道式等类导致了在光子晶体中不可能形成理想的缺陷模，而在镜像型⋯，灵敏度和测量带宽是衡量微加速度计优越的2个重结构的光子晶体中，能够形成理想的缺陷模，在轴向应力的要的指标。而灵敏度和测量带宽又是矛盾的，故如何提高作用下不仅会改变每层材料原有的厚度d，晶体材料受压微加速度计的灵敏度和带宽是世界各国研究的的热点。发生应变也会使其折射率n发生相应变化，这就是晶体的光子晶体是一种介电常数(或折射率)呈现周期性变弹光效应。晶体的应变和弹光系数在物理上都是用张化、具有一定光子能带

7、结构的人工晶体。根据构成人工晶量表示，这样在计算上极其复杂。因此，简化处理在试验研体材料的折射率呈周期性变化的空间维数，可将光子晶体究和工程应用上常被用到，在分析一维轴向上相对变化关分为一维、二维和三维光子晶体J。对光子晶体的研究表系时，计算就全部转换成了标量运算。明，电磁波在光子晶体中传播时，由于多层布拉格散射而出当光子晶体发生轴向应变时，发现禁带中心的透射峰收稿日期：2013-11-18基金项