绝缘衬底上的硅材料制备的光学微环谐振腔结构具有高灵敏度、 结构尺寸小和极低模式体积等特性, 被广泛应用到光信息传递、 惯性导航领域, 但极少被应用到力学信号的测试, 为此, 研究了一种基于硅基光学微环谐振腔结构的悬臂梁式应力/应变敏感计, 利用微环谐振腔环形波导径向形变量作为感应应力的中间物理量, 在外界应力作用下, 环形波导的半径将发生改变, 使结构的光学谐振参数产生变化, 从而使光学微环谐振腔谐振谱线发生明显红移, 体现出良好的应力/应变敏感特性; 通过设计双环级联光学微腔, 并采用MEMS光刻、 ICP腐蚀工艺制备了嵌入式光学微腔应变计结构, 结合理论计算了悬臂梁结构的应力应变敏感特性, 经仿真及实验得到, 应变计结构的应力/应变灵敏度分别为0.185 pm·kPa-1, 18.04 pm·microstrain-1, 与单环微腔结构相比, 线性量程增加了近50.3%, 应力灵敏度提高了近10.6%, 初步验证了嵌入式光学微腔结构进行高灵敏度应力/应变检测的可行性, 有望实现新型光学力敏传感器件的微型化、 集成化。

建立了一套基于阻抗响应的磁弹性传感器共振频率测量系统, 研究了该系统的共振频率测量原理, 等效电路模型和磁弹性传感器共振频率测量电路。首先, 介绍通过磁弹性传感器阻抗变化获取其共振频率的原理;根据磁弹性传感器对线圈阻抗的影响建立了磁弹性传感器等效模型电路。然后, 设计了一种基于片上系统的阻抗测量电路。最后, 验证了该磁弹性传感器共振频率测量系统的可行性和可靠性。实验结果表明: 该系统测得的频率分辨率小于0.1 Hz, 精度为0.5%。与传统网络分析仪系统相比, 测量同一Metglas 2826MB材料所得共振频率仅相差60 Hz;测量两个长度不同的Metglas 2826MB材料所得共振频率比为0.74, 与理论计算值0.8相近。另外, 该系统也可用于磁弹性传感器在不同介质中的共振频率测量。得到的结果显示: 设计的测量系统完全可取代昂贵庞大的网络分析仪, 具有高度集成, 强抗干扰, 低成本和便携式测量等优点。

分别从理论和实验上分析了光纤表面倏逝场强度的分布(z=10 nm, 100 nm, 500 nm,1 000 nm), 研究了微米级光纤光镊对微球的操纵。实验中把直径为125 μm的普通单模光纤拉制成锥腰直径为2 μm的锥形光纤。当光纤通光时, 在光纤锥区倏逝场的作用下, 直径3 μm的聚苯乙烯微球保持平衡状态, 并且光纤附近的微球被吸引到光纤表面, 以5.3 μm /s的速度沿着光束的传播方向运动。这个实验不仅实现了对微球的成功捕获, 而且验证了光纤光镊的力学作用。光纤光镊对微球的无接触、无损伤操纵, 将在生物传感领域有潜在的应用。

根据光学干涉显微法原理,设计开发了一套微纳结构表面形貌测量系统。该系统采用林尼克干涉显微镜,通过参考镜扫描的方法将扫描器与相移器集为一体,分别采用五步相移算法和基于采样定理的包络均方函数(SEST)算法实现相移干涉法(PSI)和垂直扫描干涉法(VSI)两种模式对微纳结构的表面形貌测量。为验证该系统性能,采用标准多刻线样板和标准台阶作为样件对VSI和PSI两种模式分别进行了测量实验。结果证明,该系统能够完成微纳结构表面形貌的快速精确测量,可以满足微电子、微机电系统中微纳结构的表面形貌测量要求。