题目：基于光栅技术的微纳光学加速度计研究

随着军事的发展，对惯性器件的精度要求越来越高，尤其是对高精度加速度计的要求。高精度加速度计在惯性导航、航天、矿产勘探、地震监测等方面有着广阔的应用前景。基于光栅技术的微纳光学加速度计，综合了微光学传感器和微机械传感器的优点，具有精度高、体积小、质量轻、适应能力强等优点，可以达到很高的分辨率，具有重要研究价值和应用价值。论文首先介绍了基于光栅技术的微纳光学加速度计的基本测量原理。首次提出了一种新型的高精度微米光栅加速度计结构。从标量衍射理论出发，对微米光栅加速度计的衍射光强随位移的变化、光栅底部反射镜反射率变化对光强曲线的影响进行了理论分析，分析结果表明：当光栅底部反射镜反射率为0.8时，较光栅底部未加反射镜时的光学灵敏度增大了20倍。光学灵敏度的提高，降低了对器件机械结构灵敏度的设计要求，有利于进一步提高器件机械强度、固有频率、测试的频率范围及可靠性。对微米光栅加速度计进行了演示实验，观测到了光强的周期变化现象，验证了微米光栅对位移进行传感的可行性。从近场光学出发，结合Rsoft光学软件，对纳米光栅加速度计的光学特性进行了分析，得出了纳米光栅透射率随位移变化的曲线，并确定了纳米光栅的结构参数。论文对这种新型的微米光栅加速度计的机械结构进行了理论分析及设计。利用有限元软件ANSYS对加速度传感器敏感元件结构的机械特性进行了模拟仿真，分析表明：增加梁长、减小梁厚、梁宽有助于加速度计精度的提高，但会降低加速度计的机械强度、可靠性及固有频率。通过综合考虑加速度计的灵敏度、固有频率和可靠性等各项性能指标，结合模拟仿真结果，最终对该加速度计的机械结构进行了优化设计，确定了器件的几何尺寸。对本论文所提出新型微米光栅加速度计及纳米光栅的微加工制作工艺进行了研究。基于体硅刻蚀、金属镀膜、硅-玻璃键合等加工工艺，设计并确定了微米光栅加速度计敏感芯片的加工工艺流程，完成了器件关键部件的加工。并对纳米光栅的加工工艺进行了研究，运用FIB技术，对纳米光栅的加工进行了工艺尝试，得到了周期性更优的纳米光栅样品。