[发明专利]一种用于微机电系统监测的光纤探针

说明书

本发明提供的是一种用于微机电系统监测的光纤探针。其特征是：它由单模光纤1，大芯径渐变折射率光纤2，二元菲涅尔透镜3，待测物4，位移台5，光源6，三端口环形器7，光功率计8，计算机9组成。本发明可用于微机电系统的便携、非接触式无损监测，可广泛用于光纤传感等领域。

技术领域

本发明涉及的是一种用于微机电系统监测的光纤探针，可用于微机电系统等微小芯片工作时的实时、非接触式无损监测，属于光纤传感技术领域。

背景技术

微机电系统(MEMS,Micro-Electro-Mechanical System)，也叫做微电子机械系统、微系统、微机械等，其内部结构一般在微米甚至纳米量级，是一个独立的智能系统。

微机电系统是集微传感器、微执行器、微机械结构、微电源微能源、信号处理和控制电路、高性能电子集成器件、接口、通信等于一体的微型器件或系统。 MEMS是一项革命性的新技术，广泛应用于高新技术产业。

不同的环境条件对微机电系统会产生不同的影响，例如湿度过高会导致氧化物的生长、压力过大会导致芯片断裂、灰尘或其他设备中的微粒、灰尘等会使微机电系统功能退化。所以许多用到MEMS的设备，例如武装设备、医疗设备甚至航天设备，需要一直监测其在其生命周期内的运行状态。目前的监测方法主要是电学监测和光学检测。

2016年，汤光敏等人提出了一种元器件饱和电流的测量方法和测量系统，申请号为201610642042.4。该量测方法包括提供一探针台,所述探针台包括吸附卡盘电学监测仪以及多根探针；将一元器件放置于所述吸附卡盘上且与所述电学监测仪电连接；所述探针台利用第一探针在所述元器件的栅极端施加一固定电压，并利用第二探针和第三探针在所述元器件的沟道两端施加可变电流；以及利用所述电学监测仪，对所述沟道两端的可变电流进行监测。

2015年，陈小青等人提出了一种用于器件光学和电学测量以及真空监测的集成设备。该集成设备的主体为一气闭壳体，在壳体上安装气体止回阀、电学测试探针、透明窗和负压表等。借助手套箱的过渡仓或真空泵对器件进行有效地真空储存；持在真空环境下的器件可以轻便运输；同时安装在壳体上的电学测试探针和透明窗允许对内部储存的器件进行真空光学和电学测试；通过负压表可以实时监测壳体内部的气压状况。

电学监测可以是电容性的，也可以是压阻性的，其优势在于CMOS工艺中已经相当成熟。其缺点之一是信噪比问题，对于监测MEMS器件而言，驱动所需的电压相对于从器件运动中接收到的电容性信号来说比值较大。氧化层的充电效应也可能改变器件的状态。

光学监控的优点是与系统的驱动信号完全解耦，消除了设备驱动电压信号的干扰。光学监测方法包括光在透射或反射过程中与微结构相互作用的方法。此外，光功率可以通过波导或自由空间传输。但目前的利用光学监测方法大多都是利用分散的光学元件结合而成，集成度低，调试困难。

本发明公开了一种用于微机电系统监测的光纤探针。利用飞秒激光微加工技术在大芯径渐变折射率光纤的一端雕刻二元菲涅尔透镜，大芯径渐变折射率的另一端焊接一段单模光纤。光源发出的光进入环形器的1#端口，通过光纤传输至二元菲涅尔透镜。将被测物体放于空间轴向位置，通过二元菲涅尔透镜的光汇聚在待测器件表面，光束在物体表面发生反射，被反射的信号经环形器2#端口进入环形器，从环形器的3#端口输入至光功率计，光功率计的数据传至计算机，进行实时监测。与在先技术相比，将二元菲涅尔透镜集成到光纤端，透镜尺寸进一步缩小，集成度进一步提高且解决了光纤与透镜对准问题，使用方便。由于光纤环形器的使用，消除了反馈回光源的信号，提高了光源的稳定性，同时增强了光源功率的利用率，能够使光源发出的光全部得到利用，也进一步提高了传感系统的复用能力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、容易操作、集成度高的微机电系统监测的光纤探针。

本发明的目的是这样实现的：