CN103344381A - 具有多台阶的宽范围光纤真空传感器及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有多台阶的宽范围光纤真空传感器及其制作方法，包括传感器头、传感器体和传输光纤、以及传感器的支撑结构和传输光纤的容纳结构，所述传感器头为台阶式光纤真空传感器头，具有SiO₂氧化层台阶的双层结构，第一层结构为单晶硅晶圆片，第二层结构为Pyrex玻璃晶圆片，所述Pyrex玻璃晶圆片的Pyrex玻璃晶圆片前表面具有两级台阶式的圆形浅坑阵列，其被切割成表面为正方形或其他多边形的单个传感器头单元，该圆形浅坑阵列包括圆形浅坑第一台阶、和圆形浅坑第二台阶。本发明实现真空区域的高精度压力测量，同时无需其他封装措施即能保证传感器在常压范围下存活，能用于常压范围的高精度测量，有效扩展传感器的高精度压力测量范围，便于批量制作。

Description

具有多台阶的宽范围光纤真空传感器及其制作方法

技术领域

本发明涉及光纤压力传感器技术领域，该传感器用于检测真空度，同时也适用于液体的相对压力和绝对压力检测，声波、超声波信号等的探测。

背景技术

光纤法-珀压力传感器是光纤压力传感器中的一种，它通常由光纤端面和膜片端面构成法布里-珀罗微谐振腔，当压力作用在膜片上将使膜片变形，而使得法-珀腔长发生变化，从而实现传感。

近年来，随着对光纤法-珀压力传感器研究的不断深入，科研人员不断提出设计方案和制作方法，如2001年Don C.Abeysinghe等（Don C.Abeysinghe，SamhitaDasgupta，Joseph T.Boyd，Howard E.Jackson，A Novel MEMS pressure sensorfabricated on an optical fiber,IEEE Photonics Technology Letters,2001,139:993-995）在包层直径分别为200μm和400μm，芯径为190μm和360μm的多模光纤端面刻蚀出微腔，然后在该端面键合上硅片构成传感器；2005年Juncheng Xu等（Juncheng Xu,Xingwei Wang,Kristie L.Cooper,Anbo Wang,Miniature all-silica fiber optic pressure andacoustic sensors,Optics Letters,2005,30(24):3269-3271）利用氢氟酸蚀刻大芯径的石英光纤获得石英膜片，石英膜片熔接于毛细管端面处，切割的单模光纤端面伸入到该毛细管中就与石英膜片构成了光纤法布里-珀罗压力传感器；2006年Xiaodong Wang等（Xiaodong Wang，Baoqing Li，Onofrio L.Russo,et.al.,Diaphragm design guidelinesand an optical pressure sensor based on MEMS technique,Journal of microelectronics,2006,37:50-56）在500μm厚的Pyrex玻璃微加工出微腔体，然后硅片键合在Pyrex玻璃上，并和伸入腔体的光纤端面构成了光纤法布里-珀罗腔；2006年王鸣等（王鸣，陈绪兴，葛益娴等，法布里-珀罗型光纤压力传感器及其制作方法，专利申请号：200610096596.5）利用单晶硅晶圆片、玻璃圆管、光纤法兰盘和光纤插头构建了光纤法布里-珀罗腔。

但是，目前光纤法布里-珀罗传感器主要适用于较大压力测量的检测，通常大于100kPa以上，此时尽管名义上，较小的压力也被覆盖在此范围，但事实上压力传感器已不能分辨开。而在航空航天、半导体制造领域，对仪器或设备的真空度进行监测非常关键，真空区域的绝对压力小于1.333kPa。本发明旨在解决上述困难，对真空区域实现高精度压力测量，从而确定当前的真空度，同时又能可靠地在常压（1个大气压）下存活和测量。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的上述一系列难题，提供一种光纤真空传感器及其制作方法。本发明是在对传统的光纤法布里-珀罗传感器存在上述问题的分析和研究的基础上提出来的，该传感器结构可以避免上述叙述的真空度无法测量的问题，同时又适用于常规压力范围的测量，并且在全范围保证测量精度，这对航空航天、半导体制造领域的光纤传感技术应用具有非常重要的意义。

本发明的提出一种多台阶的宽范围光纤真空传感器，包括传感器头、传感器体5和传输光纤7、以及传感器的支撑结构和传输光纤的容纳结构，其特征在于，所述传感器头为台阶式光纤真空传感器头，具有双层结构，第一层结构为单晶硅晶圆片2，第二层结构为Pyrex玻璃晶圆片3；其中：

所述单晶硅晶圆片2作为弹性膜片，感受压力，单晶硅晶圆片前表面9具有SiO2氧化层台阶且经光刻腐蚀，单晶硅晶圆片后表面10构成法布里-珀罗腔8的第二个反射面；

所述Pyrex玻璃晶圆片的Pyrex玻璃晶圆片前表面16具有两级台阶式的圆形浅坑阵列，其被切割成表面为正方形或其他多边形的单个传感器头单元，该圆形浅坑阵列包括圆形浅坑第一台阶14、和圆形浅坑第二台阶15；圆形浅坑第二台阶15底部镀的反射膜17作为法布里-珀罗腔8的第一个反射面；Pyrex玻璃晶圆片后表面12具有圆形浅坑13，与前述圆形浅坑阵列的位置同心，共轴，用于对光纤的定位；

所述传感体5中间具有轴向通孔，远离传感头的一端设置有与轴向通孔同心、同轴的喇叭口，传感器体前表面与传感器头后表面通过环氧树脂胶胶合在一起；

所述传输光纤7穿过传感器体中间的轴向通孔设置，其前表面置于传感器头后表面的圆形浅坑13内，将传输光纤定位紧密贴合于传感器体，该传输光纤用来传输入射光和出射光；

所述单晶硅片2后表面与所述Pyrex玻璃片前表面浅坑第二级台阶底面之间的距离决定法布里-珀罗腔的初始长度；

用于传感器的支撑结构和传输光纤的容纳结构的形状为圆柱形或长方体形，传感器的中间开有一个轴向通孔，制作材料是Pyrex玻璃或者K9玻璃材料。

传输光纤的种类包括单模光纤和多模光纤。

本发明还提出了多台阶的宽范围光纤真空传感器的制作方法，该方法包括：

步骤1、对4英寸Pyrex玻璃晶圆片3双面抛光减薄，厚度为200μm～400μm，用H₂SO₄和H₂O₂溶液进行清洗；

步骤2、对清洗后的Pyrex玻璃晶圆片3进行表面第一次腐蚀，在Pyrex玻璃晶圆片前表面16腐蚀出圆形浅坑第一台阶14，直径为1200μm～1900μm，深度为1μm～5μm；

步骤3、对Pyrex玻璃晶圆片3进行表面第二次腐蚀，在Pyrex玻璃晶圆片前表面16再腐蚀出圆形浅坑第二台阶15，直径为500μm～800μm，与第一台阶14的垂直距离为20μm～40μm，在圆形浅坑第二台阶15浅底部镀反射率为10%～50%的反射膜17，作为法布里-珀罗腔的第一反射面；

步骤4、对Pyrex玻璃晶圆片3进行表面第三次腐蚀，在Pyrex玻璃晶圆片后表面12腐蚀出圆形浅坑13，直径为180μm～300μm，深度为30μm～40μm；保证与前述两个圆形浅坑阵列的位置同心，共轴；

步骤5、将厚度为15μm～35μm的单晶硅晶圆片2双面进行抛光清洗之后，在高真空环境下，采用阳极键合的方式，将单晶硅晶圆片后表面10与Pyrex玻璃晶圆片前表面16贴合在一起进行键合，然后对单晶硅晶圆片前表面9进行氧化处理，得到SiO₂氧化层，再通过光刻腐蚀在单晶硅晶圆片前表面9得到SiO₂氧化层台阶1，其中单晶硅晶圆片后表面10作为法布里-珀罗腔的第二个反射面，从而得到具有多台阶的宽范围光纤真空传感器头阵列晶圆片；

步骤6、采用划片机将4英寸传感器头的两级台阶式的圆形浅坑阵列的晶圆片进行划片处理，切割成表面为正方形或其他多边形的单个传感器头单元；

步骤7、利用Pyrex玻璃或熔融石英材料制作传感器体5，首先将传感器体5制作成外径2.5mm～4mm，长度为5mm～15mm的圆柱体形或长方体形，在传感器体的轴向中部钻出直径为127μm的轴向通孔6，并在传感器体后表面通孔边缘一端钻出一个锥度为10°～20°、深度为2mm～3mm的喇叭口；

步骤8、将传输光纤7从传感器体5喇叭口一端插入，并在传感器体前表面11涂环氧树脂胶，将传感器头芯片的Pyrex玻璃晶圆片后表面与环氧树脂胶接触，同时使圆形浅坑阵列13与传感器体5的轴向通孔6对准，推动光纤7向前进入圆形浅坑阵列13，并与圆形浅坑阵列13的底部顶紧；

步骤9、对光传输纤7套上光纤保护套，并在传感器体5的尾部喇叭口中涂环氧树脂胶，在电热箱中60℃温度下固化1小时，或者在常温下固化24小时，完成具有多台阶的宽范围光纤真空传感器制作。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、提出的光纤真空传感器中传感器头的多台阶结构，可以实现真空区域的高精度压力测量，同时无需其他封装措施即能保证该传感器在常压范围下的存活，且能用于常压范围的高精度测量，有效扩展了传感器的高精度压力测量范围；

2、压力感受膜片的SiO₂氧化层台阶使压力感受膜片台阶部分在变形时保持平面，便于在低压时获得高分辨率测量，SiO₂氧化层制作方式能获得完整圆形台阶边缘，使应力均衡而不集中，进一步保证膜片形变测量精度

3、提出的光纤真空传感器的制作方法采用晶圆片微加工制作方法，便于批量制作传感器，有效提高生产效率和保证传感器的一致性，降低单支传感器的成本。

附图说明

图1是本发明中光纤真空传感器示意图；

图2、图3是本发明中光纤真空传感器头芯片加工工艺流程示意图；

图4是单晶硅晶圆片上具有SiO2氧化层台阶的压力感受膜片结构示意；

图5是在1kPa压力下膜片变形曲线；

图6是膜片在绝对压力0～5kPa范围下的压力感受膜片中心变形曲线；

图7是膜片在绝对压力1kPa下压力感受膜片中心变形量随膜片半径的变化曲线；

图8是光纤真空传感解调系统示意图。

图中，1、SiO₂氧化层台阶，2、单晶硅晶圆片，3、Pyrex玻璃晶圆片，4、环氧树脂胶，5、传感器体，6、圆形通孔，7、传输光纤，8、法布里-珀罗腔，9、单晶硅晶圆片的前表面，10、单晶硅晶圆片的后表面，11、传感器体的前表面，12、Pyrex玻璃晶圆片后表面，13、Pyrex玻璃晶圆片后表面的圆形浅坑，14、Pyrex玻璃晶圆片前表面圆形浅坑第一台阶，15、Pyrex玻璃晶圆片前表面圆形浅坑第二台阶，16、Pyrex玻璃晶圆片前表面，17、反射膜介质，18、金属介质，19、SiO₂氧化层，20、光刻胶，

步骤21、Pyrex玻璃晶圆片清洗抛光，步骤22、双面蒸金属介质，步骤23、双面光刻，步骤24、前表面腐蚀金属，步骤25、前表面腐蚀Pyrex玻璃晶圆片得到第一台阶，步骤26、第二次表面腐蚀得到第二台阶，步骤27、在圆形浅坑第二台阶底部镀反射膜，步骤28、第三次表面腐蚀得到后表面圆形浅坑，步骤29、单晶硅晶圆片与Pyrex玻璃晶圆片高真空阳极键合，步骤30、单晶硅晶圆片前表面氧化处理，步骤31后表面光刻及前表面台阶部分蒸金属介质和光刻，步骤32、前表面腐蚀SiO₂氧化层，步骤33、去除金属介质和光刻胶芯片制作完成，

34、宽带光源，35、3dB耦合器，36、解调系统，37、光纤真空传感器

具体实施方式

如图1所示，该光纤真空传感器由传感器头，传感器体5和传输光纤7构成。其中传感器头为台阶式光纤真空传感器头，具有SiO₂氧化层台阶的双层结构，第一层结构为单晶硅晶圆片2，第二层结构为Pyrex玻璃晶圆片3。单晶硅晶圆片2作为弹性膜片，感受压力，单晶硅晶圆片2的前表面9具有SiO2氧化层台阶且经光刻腐蚀，后表面10构成法布里-珀罗腔8的第二个反射面；Pyrex玻璃晶圆片3中设置有圆形浅坑第一台阶14、圆形浅坑第二台阶15、以及圆形浅坑13，圆形浅坑第二台阶15底部镀的反射膜17作为法布里-珀罗腔8的第一个反射面；传感体5为中空结构，同心固定于Pyrex玻璃晶圆片3后表面12；传输光纤7插入传感体5的中空结构，插入端位于圆形浅坑13内。

具体制作工艺流程如图2、3所示。

首先光刻腐蚀出Pyrex玻璃晶圆片前表面的圆形浅坑第一台阶14，再对Pyrex玻璃晶圆片前表面进行第二次光刻腐蚀得到圆形浅坑第二台阶15，并在圆形浅坑第二台阶15底部镀反射膜17，作为法布里-珀罗腔8的第一个反射面，然后对Pyrex玻璃晶圆片后表面12进行表面腐蚀得到圆形浅坑13；然后将单晶硅晶圆片2在高真空条件下阳极键合在Pyrex玻璃晶圆片3的前表面16上，之后在单晶硅晶圆片2前表面9进行氧化得到SiO₂氧化层，并对前表面9进行光刻腐蚀，从而得到具有SiO₂氧化层台阶的双层结构多台阶光纤真空传感器头。

单晶硅晶圆片2的厚度和圆形浅坑第一台阶14的内半径、外半径决定了光纤真空传感器的压力灵敏度系数，Pyrex玻璃晶圆片3的圆形浅坑第二台阶15和该单晶硅晶圆片2后表面10的距离决定了法布里-珀罗腔的初始长度。传感器体5采用Pyrex玻璃加工，其中间钻有轴向通孔6。将传感器头的Pyrex玻璃晶圆片后表面12与传感器体前表面11通过环氧树脂胶胶合在一起，同时将传输光纤7固定在传感器头Pyrex玻璃晶圆片的圆形浅坑13中，用于信号光的输入和输出。

当外部压力作用在由单晶硅晶圆片2和SiO₂氧化层台阶1组成的压力感受膜片时，压力感受膜片将发生改变，从而改变单晶硅晶圆片后表面10与Pyrex玻璃晶圆片3中圆形浅坑第二台阶15之间的距离，即法布里-珀罗腔8的腔长。当真空度较高，即外部绝对压力小于1.333kPa时，单晶硅晶圆片2的形变较小，不会接触到圆形浅坑第一台阶14，压力感受膜片的有效支撑半径为圆形浅坑第一台阶14的外半径，因此具有大的压力灵敏度系数，实现低压力测量；当外界压力大于1.333kPa时，作为压力感受膜片的单晶硅晶圆片后表面10与圆形浅坑第一台阶14发生接触，从而使压力感受膜片的有效支撑半径减小，改为圆形浅坑第一台阶14的内半径确定，减小压力灵敏度系数，适应较大的外部绝对压力。

本发明的光纤真空传感器中：

1、传感器头中的单晶硅晶圆片和Pyrex玻璃晶圆片采用4英寸晶圆片制作，根据相应需要，能够采用其他规格尺寸和形状的晶圆片；

2、能够通过更改台阶的数量、尺寸设计进一步扩展压力测量范围；

3、传感器体可采用熔融石英材料或者陶瓷材料；

4、光纤的选择包括单模光纤、多模光纤或其他大芯径光纤。

实施例2：采用4英寸晶圆片批量制作光纤真空传感器传感头的具体实施方案

在Pyrex玻璃晶圆片3前表面腐蚀出圆形浅坑阵列的第一台阶14，此圆形浅坑阵列的第一台阶14的深度为1μm～5μm，直径为1200μm～1900μm，圆形浅坑第一台阶14阵列的间距为2500μm；然后再对其进行第二次腐蚀，腐蚀出直径为500μm～800μm，深度距第一台阶14为20μm～40μm的圆形浅坑阵列的第二台阶15，同时在该台阶15底部镀反射率为10%～50%的反射膜17，作为法布里-珀罗腔的第一反射面；之后对Pyrex玻璃晶圆片3后表面进行第三次腐蚀，在后表面12腐蚀出直径为180μm～300μm，深度为30μm～40μm的圆形浅坑，保证与前述两个圆形浅坑阵列位置同心、共轴；在高真空条件下，阳极键合单晶硅晶圆片2的后表面10和Pyrex玻璃晶硅圆片3的前表面16，然后对单晶硅晶圆片进行氧化处理，之后对其进行光刻腐蚀，从而得到SiO2氧化层台阶1，便得到该传感器头阵列，最后采用划片机进行划片切割出单个的传感器头芯片单元。采用这种制作方法，可以实现批量生产，节约成本的同时，也可以保证每个传感器头芯片的结构参数相同。

实施例3：：光纤真空传感器台阶压力感受膜片扰动量变形

图4为单晶硅晶圆片上具有SiO₂氧化层台阶的压力感受膜片结构示意图。当外界压力发生改变时，传感器头中该压力感受膜片将发生扰动，具有一定的扰动量，由膜片的扰动微分方程得到相应的扰动量：

$w_1=P(\frac{r^4}{64D_1}-\frac{b^2}{32D_1}{r}^2+\frac{a^4-b^4}{64D_2}+\frac{b^4}{64D_1}+\frac{a^2{b}^2}{16D_2}\log \frac{b}{a})$

$w_2=P(\frac{r^4}{64D_2}-\frac{a^2+b^2}{32D_1}{r}^2+\frac{a^2{b}^2}{16D_2}\log r+\frac{(a^2+b^2)a^2}{32D_2}-\frac{a^2{b}^2}{16D_2}\log a-\frac{a^4}{64D_2})$

其中，相应的弯曲刚度为：

$D_1=\frac{E{(h_1+h_2)}^3}{12(1-v^2)}$

$D_2=\left\{\begin{array}{c}\frac{1}{3}(\frac{E_2{h}_2^3}{1-v_2^2}+\frac{E_1{h}_1^3}{1-v_1^2}),E_2{h}_2<E_1{h}_1\\ \frac{E_2{h}_2^3}{3(1-v_2^2)}(h_2^3-3{\mathrm{\&Delta;}}_2{h}_2^2+3{\mathrm{\&Delta;}}_2^2{h}_2)+\frac{E_1{h}_1^3}{3(1-v_1^2)}(h_1^3-3{\mathrm{\&Delta;}}_2{h}_1^2+3{\mathrm{\&Delta;}}_2^2{h}_1),E_2{h}_2=E_1{h}_1\\ \frac{E_2{h}_2^3}{3(1-v_2^2)}(h_2^3-3{\mathrm{\&Delta;}}_3{h}_2^2+3{\mathrm{\&Delta;}}_3^2{h}_2)+\frac{E_1{h}_1^3}{3(1-v_1^2)}(h_1^3-3{\mathrm{\&Delta;}}_3{h}_1^2+3{\mathrm{\&Delta;}}_3^2{h}_1),E_2{h}_2>E_1{h}_1\end{array}\right.$

${\mathrm{\&Delta;}}_2=\frac{\frac{E_2{h}_2^2}{1-v_2^2}-\frac{E_1{h}_1^2}{1-v_1^2}}{2(\frac{E_1{h}_1^2}{1-v_1^2}+\frac{E_2{h}_2^2}{1-v_2^2})},{\mathrm{\&Delta;}}_3=-{\mathrm{\&Delta;}}_2$

中心最大扰动位置处时，扰动量为：

$w_{\max }=P(\frac{a^4-b^4}{64D_2}+\frac{b^4}{64D_1}+\frac{a^2{b}^2}{16D_2}\log \frac{b}{a}).$

其中r为距中心位置处的距离，w₁表示在半径0～b范围的扰动量，w₂表示在半径b～a范围的扰动量，P表示外界压力，a，b为台阶的两个半径，E₁，E₂分别为单晶硅片2和SiO₂氧化层台阶的杨氏模量，ν₁，ν₂为单晶硅片2和SiO₂氧化层台阶的泊松比，h₁和h₂为压力感受膜片中单晶硅片2和SiO₂氧化层台阶1的厚度。

图5为压力感受膜片变形量在1kPa压力下随中心距离变化曲线，其中单晶硅片2的杨氏弹性模量为E₁=160GPa，E₂=73.1GPa，泊松比为ν₁=0.22，ν₂=0.17，半径为a=900um，膜片厚度为h1=30um；SiO₂氧化层台阶1的杨氏弹性模量为E₂=73.1GPa，泊松比为ν₂=0.17，半径b=100um，台阶厚度为h₂=0.5um。单晶硅片厚度h₁为30μm时获取台阶膜片的形变曲面图，同时在此参数下，得到膜片厚度h₁=30μm，1kPa压力作用下的最大形变量为0.6457um，形变量在单晶硅片厚度的10%以内，适合传感器参数的选择。图6为在压力在0～5kPa范围内时，膜片中心变形量。可以看到台阶形传感器的在低压高真空度的下灵敏度系数大，在较高压力灵敏度系数减小，从而保证传感器在常压下存活。

图7为传感器头在1kPa下膜片中心变形量随膜片半径的变化曲线。

实施例4：光纤真空传感器的解调

基于白光干涉解调的光纤真空传感器解调系统如图8所示。解调的过程是：宽带光源34（宽带光源包括白光LED、氙气灯或卤素灯）发出的光耦合到传输光纤7中，并进入一个2×2的3dB耦合器35，从另一端经过光纤7传输到传感器37，2×2的3dB耦合器35的另一输出端接匹配液。由传感器37反射光信号再次经过2×2的3dB耦合器后进入到解调系统36，得到腔长解调信号。通过求取光谱包络的峰值位置，即可获得光纤真空传感器的腔长信息。通过实施例3中的外部压力与感受压力膜片变形对应关系，由解调得到的腔长信息从而获得相应的压力信息，实现真空测量。

Claims (5)

1.一种具有多台阶的宽范围光纤真空传感器，包括传感器头、传感器体（5）和传输光纤（7）、以及传感器的支撑结构和传输光纤的容纳结构，其特征在于，所述传感器头为台阶式光纤真空传感器头，具有双层结构，第一层结构为单晶硅晶圆片（2），第二层结构为Pyrex玻璃晶圆片（3）；其中： 

所述单晶硅晶圆片（2）作为弹性膜片，感受压力，单晶硅晶圆片前表面（9）具有SiO₂氧化层台阶（1）且经光刻腐蚀，单晶硅晶圆片后表面（10）构成法布里-珀罗腔（8）的第二个反射面； 

所述Pyrex玻璃晶圆片的Pyrex玻璃晶圆片前表面（16）具有两级台阶式的圆形浅坑阵列，其被切割成表面为正方形或其他多边形的单个传感器头单元，该圆形浅坑阵列包括圆形浅坑第一台阶（14）和圆形浅坑第二台阶（15）；圆形浅坑第二台阶（15）底部镀的反射膜（17）作为法布里-珀罗腔（8）的第一个反射面；Pyrex玻璃晶圆片后表面（12）具有圆形浅坑（13），与前述圆形浅坑阵列的位置同心，共轴，用于对光纤的定位； 

所述传感体（5）中间具有轴向通孔，远离传感头的一端设置有与轴向通孔同心、同轴的喇叭口，传感器体前表面与传感器头后表面通过环氧树脂胶胶合在一起； 

所述传输光纤（7）穿过传感器体（5）中间的轴向通孔，其前端面置于传感器头后表面的圆形浅坑（13）内，将传输光纤定位紧密贴合于传感器体，该传输光纤用来传输入射光和出射光； 

所述单晶硅片（2）后表面与所述Pyrex玻璃片前表面浅坑第二级台阶底面之间的距离决定法布里-珀罗腔的初始长度。 

2.如权利要求1所述的具有多台阶的宽范围光纤真空传感器，其特征在于，用于传感器的支撑结构和传输光纤的容纳结构的形状为圆柱形或长方体形，传感器的中间开有一个轴向通孔，制作材料是Pyrex玻璃或者K9玻璃材料。 

3.如权利要求1所述的具有多台阶的宽范围光纤真空传感器，其特征在于，传输光纤的种类包括单模光纤和多模光纤。 

4.如权利要求1所述的具有多台阶的宽范围光纤真空传感器的制作方法，其特征在于，该方法包括以下步骤： 

步骤（1）、对4英寸Pyrex玻璃晶圆片（3）双面抛光减薄，厚度为200μm～400μm， 用H₂SO₄和H₂O₂溶液进行清洗； 

步骤（2）、对清洗后的Pyrex玻璃晶圆片（3）进行表面第一次腐蚀，在Pyrex玻璃晶圆片前表面（16）腐蚀出圆形浅坑第一台阶14，直径为1200μm～1900μm，深度为1μm～5μm； 

步骤（3）、对Pyrex玻璃晶圆片（3）进行表面第二次腐蚀，在Pyrex玻璃晶圆片前表面（16）再腐蚀出圆形浅坑第二台阶（15），直径为500μm～800μm，与第一台阶（14）的垂直距离为20μm～40μm，在圆形浅坑第二台阶（15）浅底部镀反射率为10%～50%的反射膜（17），作为法布里-珀罗腔的第一反射面； 

步骤（4）、对Pyrex玻璃晶圆片3进行表面第三次腐蚀，在Pyrex玻璃晶圆片后表面（12）腐蚀出圆形浅坑（13），直径为180μm～300μm，深度为30μm～40μm；保证与前述两个圆形浅坑阵列的位置同心、共轴； 

步骤（5）、将厚度为15μm～35μm的单晶硅晶圆片（2）双面进行抛光清洗之后，在高真空环境下，采用阳极键合的方式，将单晶硅晶圆片后表面（10）与Pyrex玻璃晶圆片前表面（16）贴合在一起进行键合，然后对单晶硅晶圆片前表面（9）进行氧化处理，得到SiO₂氧化层，再通过光刻腐蚀在单晶硅晶圆片前表面（9）得到SiO₂氧化层台阶（1），其中单晶硅晶圆片后表面（10）作为法布里-珀罗腔的第二个反射面，从而得到具有多台阶的宽范围光纤真空传感器头阵列晶圆片； 

步骤（6）、采用划片机将4英寸传感器头的两级台阶式的圆形浅坑阵列的晶圆片进行划片处理，切割成表面为正方形或其他多边形的单个传感器头单元； 

步骤（7）、利用Pyrex玻璃或熔融石英材料制作传感器体（5），首先将传感器体（5）制作成外径2.5mm～4mm，长度为5mm～15mm的圆柱体形或长方体形，在传感器体的轴向中部钻出直径为127μm的轴向通孔（6），并在传感器体后表面通孔边缘一端钻出一个锥度为10°～20°、深度为2mm～3mm的喇叭口； 

步骤（8）、将传输光纤（7）从传感器体（5）喇叭口一端插入，并在传感器体前表面（11）涂环氧树脂胶，将传感器头芯片的Pyrex玻璃晶圆片后表面与环氧树脂胶接触，同时使圆形浅坑阵列（13）与传感器体（5）的轴向通孔（6）对准，推动光纤（7）向前进入圆形浅坑阵列（13），并与圆形浅坑阵列（13）的底部顶紧； 

步骤（9）、对传输光纤（7）套上光纤保护套，并在传感器体（5）的尾部喇叭口中涂环氧树脂胶，在电热箱中60℃温度下固化1小时，或者在常温下固化24小时， 完成具有多台阶的宽范围光纤真空传感器制作。 

5.如权利要求4所述的具有多台阶的宽范围光纤真空传感器的制作方法，其特征在于，传输光纤的种类包括单模光纤和多模光纤。 

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