题目：谐振式光子晶体陀螺的基础研究

近年来，随着微纳米加工技术、微电子技术、微光学技术的进一步发展，光学和微机电系统技术的结合将成为下一步技术发展的重要方向之一，伴随着出现了第三代光学陀螺，即“微光学陀螺”。本文创新性提出的谐振式光子晶体陀螺，就是一种以光子晶体为基础器件、以光学Sagnac效应为检测原理的新型角度传感器，它具有易于实现光电一体化集成、易于小型化；环形腔内无增益介质，因而不存在与增益介质有关的效应引起的零点漂移和“自锁”；基于光子晶体结构和抗环境干扰能力强等优势，成为真正的小型化的全固态陀螺。本文首先系统阐述了谐振式光子晶体陀螺的工作原理，介绍了光子晶体的导光原理及其基本理论，指出光子晶体谐振腔是谐振式光子晶体陀螺的核心技术。通过比较与分析空间光路谐振腔和波导式谐振腔两种设计方案，确定了空间光路光子晶体谐振腔设计方案和基本构成。用RSOFT软件FULLWAVE模块和BANDSOLVE模块进行了光子晶体谐振腔的基础器件-光子晶体微镜的仿真计算分析与优化设计；同时从谐振腔的特性分析入手，对无源环形谐振腔作了理论上的研究，建立了谐振腔的数学模型，利用MATLAB软件完成了相应的仿真计算，系统深入地分析了光子晶体谐振腔参数（光子晶体输入输出镜表面反射率、谐振腔边长、光源谱宽）和腔内损耗对光子晶体谐振腔谐振性能和光子晶体陀螺精度的影响。以提高谐振腔清晰度及陀螺系统精度为设计目标，对谐振腔结构进行优化设计。设计仿真结果表明，光子晶体反射镜的反射率可以达到99.49%。当光源线宽为30kHz，输出功率为2.1mW时，使光子晶体输入输出镜反射率取最优值98.51%时，光子晶体谐振腔的清晰度可以达到205.3，谐振深度为0.992。此时对应的谐振式光子晶体陀螺的极限灵敏度可达0.97º/h。最后，系统分析和比较了亚波长级光子晶体的几种加工方法，指出双光飞秒激光加工方法更适用于在光刻胶上进行三维光子晶体的加工，本项目更适宜采用ICP深硅加工工艺，最终给出了光子晶体微镜的微加工工艺流程，并完成光子晶体刻蚀前的光刻工艺实验准备，为后续的加工技术研究奠定了技术基础。