专利名称：补偿式微位移传感光子集成芯片的制作方法
技术领域：
本发明涉及光传感技术领域，更具体的说是涉及一种补偿式微位移传感光子集成心片。
背景技术：
传感技术是信息产业的三大基石之一，微位移传感器是精密仪器加工制造、性能检测以及智能化不可缺少的器件。它不仅应用于民用产品，在航空航天、武器装备等领域更是扮演着举足轻重的角色。现在国际上的微位移测量方法主要包括隧道扫描法、压阻法、压电法、差指法、电磁法、以及可变电容法等。但上述探测方法由于在测量中需要接触待测目标，且量程小、精度低、采集信号需要后台放大处理等，从而引入电噪声，具有测量速度慢、受环境温度和电磁干扰较大、体积较大等缺点。 光学测微方法，例如反射法、相干法等，由于其能实时反应、精度高、量程大等优点在近几年备受青睐。光学测微系统主要包括光源和探测器两部分，现有光学测量方法一般采用激光器作为独立的光源，用CCD或雪崩二极管等作为独立的接收器。其体积庞大，测量精度受光源稳定性和目标特性的影响大等缺点，不利于精细测量。因此发明一种补偿式微位移传感光子集成芯片是非常急需且必要的。
发明内容
( — )要解决的技术问题 本发明的主要目的在于提供一种补偿式微位移传感光子集成芯片，以解决垂直腔面发射激光器和两个谐振腔增强型光电探测器的单片集成问题，实现补偿式反射测微。
( 二 )技术方案 为达到上述目的，本发明提供了一种补偿式微位移传感光子集成芯片，该芯片由一个面发射激光器和至少二个谐振腔增强型光电探测器构成，其中，所述面发射激光器发出的激光照射到目标探测物表面，经目标探测物散射或反射后，被所述至少二个谐振腔增强型光电探测器接收，通过测量所述至少二个谐振腔增强型光电探测器探测到的光强变化来实现微位移传感。 上述方案中，所述面发射激光器与所述谐振腔增强型光电探测器材料、结构均相同，只有偏压不同。 上述方案中，所述至少二个谐振腔增强型光电探测器位于所述面发射激光器的两侧，且与所述面发射激光器的距离不等，利用所述至少二个谐振腔增强型光电探测器所探测功率的比值反演被探测物位移的变化，以降低探测精度对光源稳定性和探测物表面特性的影响。 上述方案中，所述至少二个谐振腔增强型光电探测器位于所述面发射激光器的同
上述方案中，所述谐振腔增强型光电探测器是单个的谐振腔增强型光电探测器单元，或者是谐振腔增强型光电探测器阵列。 上述方案中，所述面发射激光器和所述至少二个谐振腔增强型光电探测器被集成到同一个芯片上。 上述方案中，所述面发射激光器和所述至少二个谐振腔增强型光电探测器被耦合
到同一根多模光纤中。(三)有益效果 从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果 1、本发明提供的这种补偿式微位移传感光子集成芯片，将激光光源与探测器进行集成，实现了微位移传感器的微型化，便于安装在狭小空间进行测量。 2、本发明提供的这种补偿式微位移传感光子集成芯片，采用光反射式测量方案，避免了接触探测所造成的表面损伤。 3、本发明提供的这种补偿式微位移传感光子集成芯片，采用了全光测量方案，实现了高速、实时、高精度的探测。 4、本发明提供的这种补偿式微位移传感光子集成芯片，采用了补偿式探测方案，降低了对光源稳定性、探测目标特性等的要求。 5、本发明提供的这种补偿式微位移传感光子集成芯片，可实现高温、高压、高场、高电磁干扰等条件下的实时测微。 6、本发明提供的这种补偿式微位移传感光子集成芯片，解决了垂直腔面发射激光器和两个谐振腔增强型光电探测器的单片集成问题，实现了补偿式反射测微。
图1是本发明提供的补偿式微位移传感光子集成芯片的示意图。
具体实施例方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。 面发射激光器(VCSEL)和谐振腔增强型(RCE)光电探测器都是垂直腔光子器件，可利用相同材料、相同结构、只是偏压不同即可分别实现激光和探测器的功能。因此可以在同一外延片上用相同的工艺将VCSEL和RCE探测器进行单片集成。 如图1所示，图1是本发明提供的补偿式微位移传感光子集成芯片的示意图。面发射激光器1工作在正偏电压下作为光源，RCE光电探测器2与RCE光电探测器3工作在反偏电压下作为光探测器。VCSEL与RCE光电探测器2和RCE光电探测器3的距离分别是dl与d2(dl # d2)，三个器件集成在同一平面上，与探测目标4的距离为x。面发射激光器l(光源)发出的光照射在探测目标上发生漫反射，RCE光电探测器2和RCE光电探测器3接收到的漫反射光功率不同，通过求两个探测器功率的比值，反演微位移的变化。此方法消除了光源的稳定性，探测目标特性等对探测精度的影响，实现了补偿式微位移传感。
本发明还可将3个或多个非共线、非对称RCE探测器与VCSEL集成在一起，实现探测目标三维或多维的变化。 本发明中，微位移传感芯片的探测器是单个的RCE探测单元，也可以是RCE探测器阵列。微位移传感芯片的探测器非对称地位于VCSEL两侧，也可以在VCSEL同侧。 本发明还可将芯片单元VCSEL和RCE探测器耦合到同一根多模光纤中，增加了其
应用的灵活性，并可以应用于高温、高压、强腐蚀等极端恶劣的环境中。 以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详
细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡
在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保
护范围之内。
权利要求
一种补偿式微位移传感光子集成芯片，其特征在于，该芯片由一个面发射激光器和至少二个谐振腔增强型光电探测器构成，其中，所述面发射激光器发出的激光照射到目标探测物表面，经目标探测物散射或反射后，被所述至少二个谐振腔增强型光电探测器接收，通过测量所述至少二个谐振腔增强型光电探测器探测到的光强变化来实现微位移传感。
2. 根据权利要求1所述的补偿式微位移传感光子集成芯片，其特征在于，所述面发射 激光器与所述谐振腔增强型光电探测器材料、结构均相同，只有偏压不同。
3. 根据权利要求1所述的补偿式微位移传感光子集成芯片，其特征在于，所述至少二 个谐振腔增强型光电探测器位于所述面发射激光器的两侧，且与所述面发射激光器的距离 不等，利用所述至少二个谐振腔增强型光电探测器所探测功率的比值反演被探测物位移的 变化，以降低探测精度对光源稳定性和探测物表面特性的影响。
4. 根据权利要求1所述的补偿式微位移传感光子集成芯片，其特征在于，所述至少二 个谐振腔增强型光电探测器位于所述面发射激光器的同侧。
5. 根据权利要求1所述的补偿式微位移传感光子集成芯片，其特征在于，所述谐振腔 增强型光电探测器是单个的谐振腔增强型光电探测器单元，或者是谐振腔增强型光电探测 器阵列。
6. 根据权利要求1所述的补偿式微位移传感光子集成芯片，其特征在于，所述面发射 激光器和所述至少二个谐振腔增强型光电探测器被集成到同一个芯片上。
7. 根据权利要求1所述的补偿式微位移传感光子集成芯片，其特征在于，所述面发射 激光器和所述至少二个谐振腔增强型光电探测器被耦合到同一根多模光纤中。
全文摘要
本发明公开了一种补偿式微位移传感光子集成芯片，该芯片由一个面发射激光器和至少二个谐振腔增强型光电探测器构成，其中，所述面发射激光器发出的激光照射到目标探测物表面，经目标探测物散射或反射后，被所述至少二个谐振腔增强型光电探测器接收，通过测量所述至少二个谐振腔增强型光电探测器探测到的光强变化来实现微位移传感。利用本发明，解决了垂直腔面发射激光器和两个谐振腔增强型光电探测器的单片集成问题，实现了补偿式反射测微。
文档编号G01B11/02GK101718526SQ20091024169
公开日2010年6月2日 申请日期2009年12月2日 优先权日2009年12月2日
发明者刘宇, 刘建国, 孙可, 祝宁华, 谢亮, 陈伟, 鞠昱 申请人:中国科学院半导体研究所