题目：纳米光栅加速度计关键器件研究

随着军事的发展，对涉及到的惯性器件的精度要求越来越高。尤其是对高精度的陀螺和加速度计的要求越来越高。高精度的MOMES加速度计是加速度计的发展方向，其具备体积小、质量轻、精度高等优点。本文研究的纳米光栅加速度计是MOMES加速度计的一种。它用纳米加工手段加工出光栅敏感部件，用近场光学手段测量纳米级位移，最后通过测量衍射、反射光强度的变化来测量加速度。从国外的研究状况来看，以纳米光栅为核心器件的加速度计的极限灵敏度可以达到10－9g，与同种类型的加速度计相比较，其灵敏度可以提高2个数量级，所以能够满足航空航天和军事领域对高性能技术指标的要求。除具有传统加速度计的优点外，还具有抗高冲击，抗电磁干扰的特点。因此纳米光栅加速度计具有很高的研究和实用价值。对于进一步提高加速度计的灵敏度和性能、开发出新一代新型加速度计具有十分重要的研究意义和应用前景。本文围绕着纳米光栅的关键技术进行了系统深入的研究，首先研究了这种可变纳米光栅的结构，重点进行了纳米光栅光学理论研究、以及传感部分的仿真优化研究。并进行了工艺尝试。主要的研究内容和所取得的成果可归纳如下：1、利用严格耦合波理论(RCWA)和边界条件关系对光栅的光学性能进行分析，用矢量衍射理论对光栅的衍射特性进行了分析；2、利用傅立叶分解对光栅的介电常数进行展开，求出介电常数的展开表达式与光栅栅脊、栅槽折射率的关系；3、求出了入射角、入射光波长、光栅栅距、介质折射率与矩形光栅衍射级次间的关系，计算出衍射、反射波振幅与相应的光栅栅距、波长等量的关系；4、在上述理论的基础上提出了基于低阶算法和泰勒级数的改进公式的算法，大大降低了计算时间，提高计算速度；5、用Rsoft软件对光栅的结构进行了优化仿真，最终确定了光栅的结构参数；从灵敏度和固有频率两方面分析优化加速度计传感部分的机械结构：弹性梁、质量块。确定其结构参数，并最终确定传感部分的结构；6、最后对纳米光栅的加工工艺进行了研究和尝试，并利用聚焦离子束方法初步加工出纳米级结构的光栅。