【摘 要】
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纳米机械传感器因其灵敏度高、体积小等优点,在生物、化学传感器的应用中得到了广泛的研究。微悬臂梁光波导传感器作为一种新兴纳米机械传感技术,其将机械力学中的悬臂梁结构与光波导技术结合。当悬臂梁在静态模式下表面受力时,偏转挠度改变会使悬臂梁光波导与输出波导间的光耦合功率发生变化,通过结构的输出光功率变化可以实现对悬臂梁偏转的高灵敏度检测。这种检测技术不仅具备纳米机械传感中已有的灵敏度高、体积小等优点,相
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纳米机械传感器因其灵敏度高、体积小等优点,在生物、化学传感器的应用中得到了广泛的研究。微悬臂梁光波导传感器作为一种新兴纳米机械传感技术,其将机械力学中的悬臂梁结构与光波导技术结合。当悬臂梁在静态模式下表面受力时,偏转挠度改变会使悬臂梁光波导与输出波导间的光耦合功率发生变化,通过结构的输出光功率变化可以实现对悬臂梁偏转的高灵敏度检测。这种检测技术不仅具备纳米机械传感中已有的灵敏度高、体积小等优点,相比其他悬臂梁检测技术,还具有易集成、使用简便、结果响应快等新特点,已经受到了越来越多的关注与研究。本文的主要研究内容与创新点如下:（1）研究悬臂梁光波导传感结构以及原理,使用COMSOL软件分别建立光学与力学模型,并将两种物理场耦合,对器件工作过程、光传输以及应力分布等进行分析,推导了器件耦合效率与检测灵敏度的计算方法。（2）提出了一种改进型的悬臂梁光波导传感结构。在输入波导与悬臂梁光波导的连接处,通过延长输入光波导,引入缓冲层结构,从而减少输入光波导与悬臂梁波导耦合损耗。验证了改进型结构可以实现检测灵敏度的显著提高。（3）分析改进的悬臂梁光波导传感结构,并评估了改进型悬臂梁光波导传感器的灵敏度。研究表明,当悬臂梁厚度为300 nm时,缓冲层的最佳长度为0.97μm,改进型结构的光学损耗下降约40%,灵敏度可以达到5.7×10-49)8)-1,与传统结构相比,提高了51.3%。（4）基于改进型的悬臂梁光波导传感结构,设计了制作工艺流程,完成与其匹配的对照小组与光刻掩模版的设计实现。
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