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(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利 (10)授权公告号CN103743390B (45)授权公告日2016.08.17 (21)申请号201310752272.2CN101319902A,2008.12.10, (22)申请日2013.12.31AshokAjoyetal..Stablethree-axis nuclear-spingyroscopeindiamond. (73)专利权人北京航空航天大学《PHYSICALREVIEWA》.2012,第1-8页. 地址100191北京市海淀区学院路37号 审查员朱先花 (72)发明人房建成张宁张晨袁珩 (74)专利代理机构北京科迪生专利代理有限责 任公司11251 代理人孟卜娟 (51)Int.Cl. G01C19/58(2006.01) G01C19/56(2012.01) G01C25/00(2006.01) (56)对比文件 WO2009/050578A2,2009.04.23, US8547090B2,2013.12.01, 权利要求书2页说明书5页附图3页 (54)发明名称 基于NV-色心金刚石—MEMS混合结构的陀螺 仪及制作方法 (57)摘要 本发明提供的一种基于NV-色心金刚石— MEMS混合结构的陀螺仪及制作方法,包括信号调 理电路板、雪崩光电二极管(APD)、垂直腔面发射 激光器(VCSEL)、制作于绝缘衬底上的硅材料 (SOI)上的NV-色心金刚石—MEMS混合结构和滤 波片;结合了NV-色心金刚石自旋陀螺仪和MEMS 陀螺仪的优点,克服了NV-色心金刚石陀螺仪和 MEMS陀螺仪的不同误差源影响,具有更高的理论 灵敏度和更好的稳定性,具有体积小、成本低、灵 敏度高、操作条件简易等优势,对研制新一代基 于固体原子自旋效应和MEMS效应的混合陀螺仪 有着重要的价值,将服务于未来各个领域特别是 低成本的惯性导航和测姿系统。 CN103743390B CN103743390B权利要求书1/2页 1.一种基于NV-色心金刚石—MEMS混合结构的陀螺仪,其特征在于,包括信号调理电路 板(4)、雪崩光电二极管(APD)(2)、垂直腔面发射激光器(VCSEL)(3)、制作于绝缘衬底上的 硅材料(SOI)(1)上的NV-色心金刚石—MEMS混合结构和滤波片(5);所述NV-色心金刚石— MEMS混合结构包括两种不同机理的敏感部件:NV-色心金刚石惯性敏感部件(18)和MEMS悬 臂梁惯性敏感部件(19); 所述的MEMS悬臂梁惯性敏感部件(19)包括位于SOI(1)中心位置的MEMS悬臂梁(17),其 根部由SOI上层硅板(6)伸出并与SOI下层硅板(8)分离,其顶端与SOI下层硅板(8)边缘齐 平;SOI中层二氧化硅板(7)的下边缘与MEMS悬臂梁(17)的根部齐平;SOI下层硅板(8)上具 有第一金电极(9)与第二金电极(10),相对于MEMS悬臂梁(17)对称分布,形成MEMS悬臂梁惯 性敏感部件(19)输出电容变化信号;所述NV-色心金刚石惯性敏感部件包括NV-色心金刚石, 其位于在MEMS悬臂梁(17)上形成的波导槽(11)中,波导槽(11)从MEMS悬臂梁(17)中部贯穿 至SOI上层硅板(6)上边缘;在波导槽(11)的底端粘贴有永磁体(16),用来产生操控电子能 级所需要的静磁场,同样大小的反射镜(15)固定于永磁体(16)之前以反射NV-色心金刚石 发出的637nm荧光;NV-色心金刚石(14)放置于反射镜(15)前面;在波导槽(11)中滴入SU-8 光刻胶(12)形成波导介质以传递532nm激光和637nm荧光,从而实现电子自旋极化和荧光检 测;作为微波天线的金导线(13)位于波导槽(11)的中线上,从SOI上层硅板(6)上边缘延伸 至NV-色心金刚石(14)下边缘以实现电子能级操控; 所述的APD(2)、VCSEL(3)、SOI(1)和滤波片(5)均位于信号调理电路板(4)上;信号调理 电路板(4)发生微波频率控制信号、接收并调理APD(2)输出荧光强度信号、接收并调理第一 金电极(9)和第二金电极(10)输出电容变化信号和发生VCSEL(3)通断控制信号;VCSEL(3) 放置于SOI(1)上方,发出532nm激光来激发NV-色心金刚石(14)电子自旋;金导线(13)接到 信号调理电路板(4)上,通过传输无线电频率控制信号实现电子能级间的跃迁,从而控制荧 光强度的变化同时控制APD输出的检测电压;APD(2)紧贴在波导槽(11)底部,吸收SU-8光刻 胶(12)传递出的NV-色心金刚石(14)发出的637nm荧光;滤波片(5)位于APD和SOI输出荧光 端之间,阻断532nm光的同时使637nm荧光透过到APD(2);SOI
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