题目：微纳光栅加速度计方案研究

    微纳光栅加速度计是一种新型微光机电加速度计，具有MEMS加速度计体积小，成本低，功耗小的优点，同时兼具光学加速度计高精度，抗电磁干扰的优点，在重力梯度测量、陆基核爆监测、高精度惯性导航、油田勘探等领域具有重要应用价值。本文以实现微纳光栅加速度计为研究目标，遵循理论研究、数学建模、数值仿真研究和实验验证的研究思路，深入研究了微纳光栅加速度计敏感头传感机理，优化设计了其光学和机械结构，提出了加工方案，实现了微米光栅加速度计原理样机，完成了试验验证。

    论文主要开展了以下研究：

    一、微米光栅加速度计敏感头光学衍射理论分析与建模。对比分析了Michelson型和F-P型微米光栅加速度计的结构原理和特点，基于矢量衍射理论，仿真分析了敏感头微米光栅复杂衍射特性。在小间隙条件下，利用标量衍射理论，建立了描述敏感头光学结构参数光栅周期、占空比、入射光波长和光斑大小等与光场特性理论关系的微米光栅模型，优化设计了光学结构参数。

    二、微米光栅加速度计敏感头力学敏感理论分析与建模。提出微米光栅加速度计敏感头的玻璃-硅-玻璃三明治结构。理论分析了加速度计敏感头的机械力学和静电驱动原理，建立了描述机械结构参数悬臂梁、质量块、空气腔和阻尼等与机械灵敏度之间的理论关系。利用数值分析方法，优化设计了加速度计机械结构参数。通过有限元分析，对优化参数进行仿真验证。

    三、微米光栅加速度计敏感头加工方法研究

        理论分析了微米光栅加速度计敏感头加工工艺，提出了相邻器件电极互联、半划片、冗余电极和引线槽胶封的器件失效抑制方法，分别解决了高压键合打火、划片致器件失效、电极脱落和芯片内部污染问题。设计了敏感头加工的掩膜版。提出敏感头键合引线和封装方法，解决器件可靠性问题。

    四、微米光栅加速度计信号检测方法研究。建立了微米光栅加速度计原理样机的系统模型。实验验证了微米光栅加速度计的光栅衍射特性，无驱动静态翻滚特性和静电驱动动态特性。针对微米光栅加速度计中低频噪声和光源相对强度噪声，提出基于静电驱动的相位调制检测技术，实验结果表明该加速度计标度因数2.51V/g，采用该检测技术后，系统有了10 dB的信噪比提升。

    五、纳米光栅加速度计研究

 基于微米光栅加速度计研究，提出具有更高精度和集成度的纳米光栅加速度计方案。理论分析了共面型和离面型纳米光栅加速度计的传感机理，建立了描述亚波长光学结构和机械结构参数与加速度计性能的理论模型，通过数值分析和Rsoft/Comsol光学仿真软件对模型进行仿真验证。完成基于聚焦离子束/扫描电镜双束系统的纳米光栅加工，并实现了周期840nm，缝宽425nm，周期一致性优于1%的单层纳米光栅样品。提出纳米光栅加速度计敏感头加工方法，实验验证了单层纳米光栅的特殊衍射特性。