基于硅基光学微腔的芯片集成传感器

早在19世纪，英国著名科学家瑞利勋爵（LordRayleigh）首次使用“耳语廊模式”，也称为“回音壁模式”一词来描述声波在圣保罗大教堂的圆顶中的传播原理。回音壁波模式也用来描述任何在凹面周围传播的波的影响。本项目基于回音壁模式声学腔原理，提出一种回音壁模式光学微腔结构并应用于高端传感领域，由于电磁波在从光密介质向光疏介质传播时会发生全反射现象，当光线沿着几何结构边界内壁传播时会发生连续的全反射，光束被约束在环形边界上，从而产生类似的回音壁现象。若光束绕几何结构边界行走一圈的光程满足波长的整数倍时，会产生干涉加强现象即共振现象，其中用来约束光场的环形结构即被称为回音壁模式光学微腔。回音壁模式光学微腔广泛用于纳米尺度颗粒物检测以及各种微腔环境物理参数传感，如温度、磁场、气体、应力以及陀螺仪等。相比传统技术路线传感器，光学微腔传感器将开创超敏感光学微腔传感器领域，广泛应用于物联网技术、工业自动化、航空航天、军事工程、无人驾驶、机器人技术海洋探测、环境监测等各种领域。

【产品性能优势】本项目的核心技术为光学微腔结构设计及传感器片上集成，核心器件光学微腔具有对热、激光、电、生物、磁、机械振动等多现象敏感的特性，可以实现热传感、光陀螺仪、离子传感、生物传感、磁场传感、超声传感等性能，由于光场增强特性可满足超高精度传感的要求，同时具备硅器件片上集成优势。技术指标和同类产品对比如下：类型粒子检测超声检测磁传感陀螺仪温度传感-90 至 70 摄测量范围纳米至微米 1kHz至1MHz - -氏度声压灵敏度：370 fN Hz− 交流磁场传感灵敏度亚纳米级 2 deg/h 10-4摄氏度1/2 精度20 pT未经优化的方案精比同类型光与扫描隧道灵敏度比常比同类型常温与同类传度已达纤传感器精显微镜等精用超声探头磁传感器精度感器比较 MEMS陀螺度高 2 个数度相当高5个量级高3-5个量级仪精度极量级限