5、分束器16、质量块区域17。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0015]当TE偏振的1530nm的红外光源垂直照射到亚波长光栅上时，会在光栅表面以倏逝波的形式传播。当两个光栅在垂直方向距离很近时，光会在两层光栅之间震荡，光通过倏逝场从一个光栅传到另外一个光栅，同时另外一个光栅的倏逝波也会通过倏逝场耦合原来的光栅。当质量块由于加速度牵引两层光栅发生很小的横向、纵向相对位移时，会导致谐振场发生变化，使得反射光的强度急剧提高，通过探测反射光的光强变化，我们可以精确知道发生的横向、纵向相对位移，从而精确计算出对应的加速度变化。
[0016]如图1-7所示，本发明一种光栅组微机械加速度传感器，包括四组发射接收装置、增反层4、第一固定底座9、第二固定底座15、回形悬臂梁10、上层电容平板11、下层电容平板12、信号处理模块13和电流驱动模块14 ;所述上层电容平板11的一端与第一固定底座9相连，另一端与第二固定底座15相连；上层电容平板11的正中间设有质量块区域17 ;在质量块区域17的左右两侧刻蚀回形悬臂梁10，上下两端各设有一与质量块区域17相连的T形光栅区，在上层电容平板11上围绕质量块区域17和T形光栅区刻蚀通道，使得质量块区域17仅通过左右侧的回形悬臂梁10与上层电容平板11连接；在每个T形光栅区顶面的左右两侧各刻蚀第一光栅层2 ;第一固定底座9和第二固定底座15均固定在增反层4上；第一固定底座9和第二固定底座15均固定在增反层4上并与增反层4电连接。
[0017]所述下层电容平板12上与上层电容平板11的四个第一光栅层2相对应的位置刻蚀第二光栅层3，下层电容平板12固定在增反层4上，与增反层4绝缘。
[0018]每组发射接收装置包括光源1、分束器16、第一红外光电探测器5、第一聚焦透镜组6、第二红外光电探测器7和第二聚焦透镜组8 ;光源I置于上层电容平板11的第一光栅层2正上方，光源I的下方设有分束器16，第一红外光电探测器5和第二红外光电探测器7对称置于光源I的两侧，第一聚焦透镜组6置于第一红外光电探测器5的正下方，第二聚焦透镜组8置于第二红外光电探测器7的正下方；四个第一红外光电探测器5和四个第二红外光电探测器7均与信号处理模块13相连；下层电容平板12的两侧通过引线相连后接入电流驱动模块14 ;增反层4的两侧通过引线相连后接入电流驱动模块14 ;电流驱动模块14与信号处理模块13相连。
[0019]所述光源I为带有准直扩束的红外1530nm光源。所述增反层4由Si基底上依次镀有600nm的S1jP 800nm的Si 3N4形成，起到增强反射光信号的作用。
[0020]所述第一光栅层2和第二光栅层3均有34组光栅，厚度均为950-965nm，使用聚焦离子束制作而成，材料是Si ;每组光栅的光栅数为7个，周期T为1400-1500nm，占空比为
0.45-0.5 ;第一光栅层2中每组光栅的横向间隔为1560nm ;第二光栅层3中每组光栅的横向间隔为1575nm ;根据每组光栅中上下两层光栅初始相对位置的不同设定，使得每组光栅反射光强产生脉冲式变化对应的上下两层光栅的微位移量不同，使得对应的加速度不同，从而通过一系列的脉冲信号对加速度进行了细分，从而达到了测量微加速度的目的。
[0021]第一光栅层2与第二光栅层3的空气间隙为300-400nm，横向初始位置在垂直于光栅方向上的间隔为10%τ。
[0022]所述的光源I优选为垂直腔表面发射激光器，垂直腔表面发射激光器是一种低成本、高性能的特定波长光源，具有测试简单、易耦合以及易形成阵列等独特优势。所述每个光栅周期T优选为1441nm，占空比为0.47，第一光栅层(2)和第二光栅层(3)的厚度优选为960nmo
[0023]所述的上层电容平板11和下层电容平板12用于控制第一光栅层2相对于第二光栅层3的空气间隔，通过静电力使其保持在能够产生线宽最窄的脉冲式光强的间隔位置。
[0024]所述的第一层光栅2的回形悬臂梁10起到了支撑第一层光栅2的作用，所述的两层光栅之间有相适应的容纳腔，在有外界纵向位移时，容纳腔为第一光栅层2的位移提供了变化的空间。同时回形梁的设计保证了系统拥有较大的弹性系数，从而提高了探测位移的灵敏度，而且也使得光栅移动过程中不会出现垂轴串扰的现象。
[0025]利用上述光栅组微机械加速度传感器测量加速度的方法，具体包括以下步骤: 每组发射接收装置的光源I发出的光均通过分束器16产生两路激光，一路激光照射到上层电容平板11没有光栅的区域后反射，反射光束通过第一聚焦透镜组6照射到第一红外光电探测器5上；另一路激光依次通过上层电容平板11的第一光栅层2、下层电容平板12的第二光栅层3和增反层4后，经过增反层4反射的光束通过第二聚焦透镜组8照射到第二红外光电探测器7上。
[0026]每组发射接收装置的第一红外光电探测器5和第二红外光电探测器7上接收到的光强信号传送到信号处理模块13进行对比分析，通过差分技术滤除噪声得到脉冲式光强信号；电流驱动模块14输出电流到上层电容平板11和下层电容平板12，通过调整电流的大小来调整两层电容平板的纵向间隔，从而得到线宽不同的脉冲式光强信号，当得到的脉冲式光强信号的线宽最短时，锁定此时的电流，此时上层电容平板11和下层电容平板12由于加速度对质量块的牵引发生横向位移产生一系列的脉冲式光强信号，计算此时脉冲式光强信号的脉冲个数，得到第一光栅层2相对于第二光栅层3的横向移动距离，根据回形悬臂梁的弹性系数和质量块的质量，计算出输入的加速度大小；对四个第一红外光电探测器5和四个第二红外光电探测器7采集的信号进行分析得到的四组加速度大小取平均，得到最终的加速度；若由于外界震动的原因造成上层电容平板11和下层电容平板12之间的间隔变化，使得脉冲信号消失，电流驱动模块14再次调整输出电流，直到重新出现脉冲式光强信号。
[0027]本发明光栅组微机械加速度传感器的制造方法包括以下步骤:
1.本发明示例中采用的光源I为武汉电信器件有限公司WTD的，功率为l-10mW，波长为1530nm，由恒功率电路驱动，光源I经过Thorlab的红外波段准直器后，使发散角小于I度，调整光源I和第一层光栅2表面的距离，使得光斑大小与光栅面积相匹配；第一红外光电探测器5和第二红外光电探测器7采用光电倍增管。
[0028]2.取一块直径为150mm的Si片基底表面清洁，对其进行η型掺杂，并通过传统的湿法氧化，在高温环境下1050°C处理1.5小时，在其上氧化出一层SiCV薄膜，薄膜厚度为600nm。接着通过LPCVD技术在850°C温度下在S12上沉积800nm的Si 3N4。之后利用反应离子束刻蚀的方法在S1jP Si 3N4层刻蚀出一个开口，该开口用于固定第一固定底座9和第二固定底座15，使得电流可以从基地导通，控制两层光栅的间隔。
[0029]3.接着在Si3N4的表面利用LPCVD的方式在580摄氏度的条件下沉积960nm的Si薄膜。这一层Si的厚度有较高的要求，需通过两次沉积完成。第一次沉积大约SOOnm的Si，第二次降低沉积的速率，使用N型掺杂的Si来沉积，同时使用化学机械抛光法抛光硅层表面，使得硅层达到精确960nm厚度。接着，在蒸镀的Si层表面附上掩膜，利用248nm的紫外光刻技术和反应离子束