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基于MOEMS敏感结构的非本征F-P干涉仪式光纤声压传感器
基于MOEMS敏感结构的非本征F-P干涉仪式光纤声压传感器
摘要：
随着光学传感技术的发展，传统的声压传感器逐渐不能满足实际需求。为此，本文提出了一种基于微光电机械系统（MEMS）的非本征Fabry-Perot（F-P）干涉仪式光纤声压传感器。该传感器采用微机电技术和光纤技术相结合，具有传感器小巧、灵敏度高、响应快等特点。本文着重介绍了传感器的工作原理、结构设计、制备工艺以及实验结果。实验结果表明，该传感器能够实现对声压信号的高精度监测和测量，具有广泛应用前景。
1.引言
光纤传感技术具有无电磁干扰、高灵敏度、小型化和易集成等优点，在生物医学、航空航天、环境监测等领域有广泛的应用前景。然而，传统的光纤传感器往往受到光纤损耗、模式耦合等问题的限制，无法满足高要求的应用场景。
为解决这一问题，本文提出了一种基于MOEMS敏感结构的非本征F-P干涉仪式光纤声压传感器。该传感器采用Fabry-Perot（F-P）干涉仪原理，结合微光电机械系统（MEMS）技术和光纤技术，实现对声压信号的高精度监测和测量。
2.传感器的工作原理
传感器由光纤声压传感单元和光纤信号分析单元组成。光纤声压传感单元由F-P干涉仪结构和微振膜组成。光纤信号分析单元由光纤光源、光谱分析仪和光电检测器组成。当声波作用于微振膜上时，微振膜的压力导致微振膜的变形，进而引起F-P腔长度的变化，从而改变了F-P腔内的光学路径差。通过光纤光源发出的光信号经过光谱分析仪和光电检测器的检测，可以得到声压信号的变化情况。
3.传感器的结构设计
传感器的结构设计包括F-P干涉仪结构设计和微振膜设计两个方面。
F-P干涉仪结构设计：F-P干涉仪由两个半透明腔层组成，光纤作为光源和检测单元，通过反射和透射光信号的干涉产生干涉fringes。为了提高传感器的灵敏度和信噪比，腔层的反射率和透射率应根据具体需求进行优化设计。
微振膜设计：微振膜作为光纤声压传感单元的关键部分，其设计应考虑材料的选择、几何参数等因素。在设计过程中，需要平衡振膜的灵敏度、机械强度和稳定性等多个因素。
4.传感器的制备工艺
传感器的制备工艺包括光纤制备、MEMS加工和F-P腔制备等步骤。
光纤制备：采用光纤拉制技术制备单模光纤。通过控制拉制参数，得到具有合适直径和数值孔径的光纤。
MEMS加工：采用传统的MEMS加工工艺，包括光刻、薄膜沉积、干湿法刻蚀等步骤。通过这些工艺，可以实现微振膜和F-P腔的制备。
F-P腔制备：通过电子束光刻技术制备F-P腔。通过光栅和腔层的优化设计，实现光纤信号的反射和透射特性的调控。
5.实验结果与分析
通过实验测试，验证了该传感器的性能。实验结果表明，传感器在声压信号监测和测量方面具有优秀的性能。传感器的灵敏度高，可以实现微弱声压的监测和测量；传感器的响应快，可以实时反馈声压信号的变化情况。
6.结论
本文提出了一种基于MOEMS敏感结构的非本征F-P干涉仪式光纤声压传感器。该传感器采用微光电机械系统（MEMS）技术和光纤技术相结合，具有小巧、灵敏度高、响应快等特点。通过实验验证，传感器的性能得到了验证。该传感器具有广泛的应用前景，在声学监测、环境检测等领域有着重要的价值。
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