CN104579224B - 用于驱动和/或检测机械元件的运动的光机械器件 - Google Patents

用于驱动和/或检测机械元件的运动的光机械器件 Download PDF

Info

Publication number
CN104579224B
CN104579224B CN201410568859.2A CN201410568859A CN104579224B CN 104579224 B CN104579224 B CN 104579224B CN 201410568859 A CN201410568859 A CN 201410568859A CN 104579224 B CN104579224 B CN 104579224B
Authority
CN
China
Prior art keywords
mechanical
opto
mechanical organ
support
optical
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201410568859.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104579224A (zh
Inventor
塞巴斯蒂安·海恩茨
劳伦特·杜拉福格
纪尧姆·约丹
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of CN104579224A publication Critical patent/CN104579224A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104579224B publication Critical patent/CN104579224B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V7/00—Measuring gravitational fields or waves; Gravimetric prospecting or detecting
    • G01V7/005—Measuring gravitational fields or waves; Gravimetric prospecting or detecting using a resonating body or device, e.g. string
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/266—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light by interferometric means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/268—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light using optical fibres
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/353—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre
    • G01D5/35306—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using an interferometer arrangement
    • G01D5/35309—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using an interferometer arrangement using multiple waves interferometer
    • G01D5/35312—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using an interferometer arrangement using multiple waves interferometer using a Fabry Perot
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
    • G02B6/293—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means
    • G02B6/29331—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means operating by evanescent wave coupling
    • G02B6/29335—Evanescent coupling to a resonator cavity, i.e. between a waveguide mode and a resonant mode of the cavity
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01G—WEIGHING
    • G01G3/00—Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances
    • G01G3/12—Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances wherein the weighing element is in the form of a solid body stressed by pressure or tension during weighing
    • G01G3/16—Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances wherein the weighing element is in the form of a solid body stressed by pressure or tension during weighing measuring variations of frequency of oscillations of the body
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
    • G01N15/06—Investigating concentration of particle suspensions
    • G01N15/0606—Investigating concentration of particle suspensions by collecting particles on a support
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N5/00—Analysing materials by weighing, e.g. weighing small particles separated from a gas or liquid
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/12007—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind forming wavelength selective elements, e.g. multiplexer, demultiplexer
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
    • G02B6/293—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means
    • G02B6/29331—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means operating by evanescent wave coupling
    • G02B6/29335—Evanescent coupling to a resonator cavity, i.e. between a waveguide mode and a resonant mode of the cavity
    • G02B6/29338—Loop resonators
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/35—Optical coupling means having switching means
    • G02B6/3536—Optical coupling means having switching means involving evanescent coupling variation, e.g. by a moving element such as a membrane which changes the effective refractive index

Abstract

一种用于驱动和/或检测机械元件的运动的光机械器件。光机械器件包括支座(20)，支座上具有：锚固到支座并且设计成相对于支座运动的至少一个机械元件(26)，以及驱动和/或检测机械元件的运动或运动频率变化的器件，其中，驱动和/或检测装置的至少一部分在机械元件和支座之间被布置在机械元件的全体或一部分下方，其中，驱动和/或检测装置包括相对于支座固定的光学器件(21)，光学器件包括在距机械元件确定距离处被布置在机械元件的全体或一部分下方的至少一个光波导(22)，且至少一个光波导设计成传播至少一个与机械元件相互作用的具有给定波长的光波，且其中，光波导在距机械元件确定距离处，使得光波导的渐逝场与机械元件相互作用。

Description

用于驱动和/或检测机械元件的运动的光机械器件
技术领域
本发明涉及一种用于驱动和/或检测机械元件运动的光机械器件。
光机械器件可以是谐振器件或非谐振器件，在谐振器件情况下，机械元件构成谐振器。
本发明尤其适用于重量检测，优选地适用于大捕获表面重量检测。
本发明还适用于任何类型的基于频率的检测，例如，太赫兹成像或热辐射测定领域。
背景技术
使用面内驱动的谐振器件是已知的。全部这些器件都包括与这些器件的衬底平行的杆。参照以下文件：
WO2012/034949，S.Hentz的发明；
WO2012/034951，S.Hentz等人的发明；
WO2012/034990，S.Hentz的发明。
在此对谐振质量检测的原理进行概括。
考虑具有总质量为mp的粒子或一组粒子，位于具有刚度k和有效质量m的谐振器的表面。谐振器的谐振频率则等于因而，在沉积质量mp之前和之后的频率响应峰值(开环情况下)偏移一个与差别不大的量Δf。因而，当谐振器被用于闭环中时，其谐振频率能够借助于电转换装置和闭环装置来实时监视。
能够看到，谐振器表面上的分析物的单个或一群粒子引起谐振器的谐振频率的突然下降。粒子或粒子群的质量能够从该频率的突然改变的测量值Δf中推导出来。
刚刚概括的检测原理完全通用并且各种器件已知用于将检测原理投入应用，特别是表面声波谐振器、体声波谐振器、石英晶体微天平以及MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystem)杆。
然而，谐振器件有利地可以是NEMS，因为以上给出的用于频率跳跃的表达式Δf表示，频率对于附加质量的灵敏度随着谐振器总质量的减小而增大。因而，纳米尺寸的谐振器件具有灵敏度方面以及检测极限方面的优点。因此，使用NEMS系统测量的质量可以比使用石英晶体微天平测量的质量小1012倍。关于这一问题，参照以下文件：
K.L.Ekinci，Y.T.Tang和M.L.Roukes，2004，“Ultimate limits to inertialmass sensing based upon nanoelectromechanical systems(基于纳机电系统的惯性质量传感的最终极限)”，Journal of Applied Physics(应用物理学杂志)95(5):2682.doi:10.1063/1.1642738。
类似地，最近测量到大约1yg(yoctogram，幺克)(10-27kg)的质量。关于这一问题，参照以下文件：
J.Chaste，A.Eichler，J.Moser，G.Ceballos，R.Rurali和A.Bachtold，2012，“Ananomechanical mass sensor with yoctogram resolution(具有幺克分辨率的纳机械质量传感器)”，Nature Nanotechnology(自然纳米技术)7:301‐304.doi:10.1038/nnano.2012.42。
质量谐振检测具有非常多的应用。例如，(1)用于气体检测的化学传感器，(2)在液体环境用于检测生物细胞的生物传感器以及(3)基于NEMS的质谱分析(NEMS‐MS)。对于这些应用，检测极限(最小的可检测质量)明显具有高于一切的重要性，不止是更加精确地确定所测量的质量总量，而且是对非常细微地分布或者稀释在很大体积的载体成分中的种类进行检测。
(1)在用于气体检测的化学传感器的情况下，NEMS被用于能够被功能化层覆盖的表面，功能化层对于一些待测量的物质具有特定的化学亲和性。对应于这些物质的粒子在该层中被吸收，或者在NEMS的整个表面上被均匀吸收。
当待测浓度非常低时，由NEMS的非常小的面积捕获物质的概率变得非常小。选择性寻址的阵列则能够被使用以充分利用多个谐振器的非常好的灵敏度。然而也能够使用大捕获面积。关于这一问题，参考以下文件：
I.Bargatin，E.B.Myers，J.S.Aldridge，C.Marcoux，P.Brianceau，L.Duraffourg，E.Colinet，S.Hentz，P.Andreucci和M.L.Roukes，2012，“Large‐scale integration ofnanoelectromechanical systems for gas sensing applications(用于气体传感应用的纳机电系统的大尺度集成)”，Nano letters(纳米通讯)12(3)(14年3月):1269‐74.doi:10.1021/nl2037479
以及更加特定地为该文件中的图1。
(2)在位于液体环境的生物传感器的情况下，问题与化学传感器相同甚至更加严重：在此情况下，谐振器件被置于存在待检测生物粒子的液体环境中。这些生物粒子可能必须分别检测，此时粒子的浓度能够变得非常低。类似地，可能需要使用通过或不通过单独寻址以及功能化或不功能化的谐振器阵列。关于这一问题，参考以下文件：
S.Guillon，S.Salomon，F.Seichepine，D.Dezest，F.Mathieu，A.Bouchier，L.Mazenq，C.Thibault，C.Vieu，T.和L.Nicu,2012，“Biologicalfunctionalization of massively parallel arrays of nanocantilevers usingmicrocontact printing(使用微触点印刷的纳米悬臂的大规模并行阵列的生物功能化)”，Sensors and Actuators(传感器和驱动器)B:化学161(1月):1135‐1138.doi:10.1016/j.snb.2011.10.084
以及更加特定地为该文件中的图1。
(3)在NEMS-MS系统的情况下，这包括对于混合物的每个粒子(例如，生物粒子)的质量进行测量存，该混合物最初为液相并且在真空下被投射到NEMS以确定混合物内容的质谱，例如在生物医药识别应用中。这样的系统在以下文件中的图1中示出，该文件涉及：
A.K.Naik，M.S.Hanay，W.K.Hiebert，X.L.Feng和M.L.Roukes，2009，“Towardssingle-molecule nanomechanical mass spectrometry(关于单分子纳机械质谱测定法)”，Nature Nanotechnology(自然纳米技术)4:445‐450.doi:10.1038/NNANO.2009.152。
该系统的一个主要问题是使用单一的NEMS对投射在NEMS表面上的粒子进行检测：通常，表面具有1μm2的面积，同时粒子束根据投射系统类型的不同可能具有大约几平方毫米到几平方厘米的投射面积。
这又示出了使用高密度NEMS阵列的决定性方面以最大化捕获面积。但是在NEMS-MS情况下，存在一个在前两个情况下不存在的额外问题：这涉及对作为质点质量或至少小于谐振器面积并且并未分布在谐振器表面上的粒子的质量进行测量。然而，由粒子的附加引发的频移不仅取决于质量，还取决于粒子到达谐振器上的位置。则有必要对多个谐振频率进行实时测量，而不是仅对一个进行测量。关于这一问题，参考以下文件：
S.Dohn，W.Svendsen，A.Boisen和O.Hansen，2007，“Mass and positiondetermination of attached particles on cantilever based mass sensors(基于质量传感器对悬臂上的附着粒子的质量和位置进行确定)”，Review of ScientificInstruments(科学仪器评论)78:103303.doi:10.1063/1.2804074。
在想要对机械结构上的外来生物物体、粒子或分子所施加的力进行测量的情况下，机械结构并不需要必须是谐振的。
在(1)至(3)的每一种情况下，用于检测粒子的诸如杆或悬臂之类的(三维)元件具有比其它两个维度下的尺寸大10倍的尺寸(长度)(并因此被当做一维的)。该尺寸在要形成器件的衬底的平面内。
此外，使用的转换装置(a)在器件的相同平面内，(b)或者在与器件的平面平行的平面内并且与器件的距离等于沉积在器件上的多个层的厚度。
关于情况(a)，参考以下文件：
E.Mile，G.Jourdan，I.Bargatin，S.Labarthe，C.Marcoux，P.Andreucci，S.Hentz，C.Kharrat，E.Colinet和L.Duraffourg，2010，“In‐plane nanoelectromechanicalresonators based on silicon nanowire piezoresistive detection(基于硅纳米线压阻式检测的面内纳机电谐振器)”，Nanotechnology(纳米技术)21(16)(23Aoril):165504.doi:10.1088/0957‐4484/21/16/165504
以及特定地为该文件中的图1。
关于情况(b)，参考以下文件：
Mo Li，H.X.Tang和M.L.Roukes，2007，“Ultra‐sensitive NEMS‐basedcantilevers for sensing，scanned probe and very high‐frequency applications，(基于超敏感NEMS的用于传感、扫描探针以及超高频应用的悬臂)”Nature nanotechnology(自然纳米技术)2(2)(2月):114‐20.doi:10.1038/nnano.2006.208
以及特定地为该文件中的图1。以下文件同样有关：
P.Ivaldi，J.Abergel，M.H.Matheny，L.G.Villanueva，R.B.Karabalin，M.L.Roukes，P.Andreucci，S.Hentz和E.2011，“50nm thick AlN film‐basedpiezoelectric cantilevers for gravimetric detection(基于50nm厚AlN膜的用于重量检测的悬臂)”，Journal of Micromechanics and Microengineering(微机械和微工程学杂志)21:085023.doi:10.1088/0960‐1317/21/8/085023
以及特定地为该文件中的图3。
连接因而必须出现在与器件自身相同的平面中。
这些特点(衬底平面中的一维元件，需要在器件的平面中引出连线)使得可以获得良好的SA/SI比率，其中，SA代表活动面积，也就是所得到的MEMS或NEMS的振动表面面积，以及SI是不活动面积，也就是不振动的表面面积。因此，待检测要素的捕获面积非常小。例如，很难获得具有这些特点的大于1％的活动表面密度。
发明内容
本发明的目的是克服以上缺陷。
根据本发明的一个方面，晶圆表面被分割为具有高覆盖密度的基本“像素”，并且全部不作为不或表面的部分(例如，转换装置、连线、触点)位于这些像素下方。
应当说明，本发明并不限于使用晶圆；本发明所公开的器件所包括的支座可以通过其它方式获得。
根据本发明的另一方面使用了光转换。这样的光转换比例如压阻式系统的电转换系统更加简单，电转换系统需要通过CMOS方法中使用类型的互连在活性表面的下级制作具有高密度的小尺寸接触点。在实践中，这甚至造成需要CMOS共集成，因为可能存在很大数量的电连接。
具体地，本发明的目的是一种光机械器件，包括：
-支座，并且在所述支座上具有：
-至少一个机械元件，所述至少一个机械元件被锚固到所述支座并且被设计成相对于所述支座运动，以及
-用于驱动所述机械元件和/或用于检测所述机械元件的运动或运动频率的变化的器件，其中，所述驱动和/或检测装置的至少一部分在所述机械元件和所述支座之间被布置在所述机械元件的全体或一部分的下方，
其中，所述驱动和/或检测装置包括相对于所述支座固定的光学器件，所述光学器件包括至少一个光波导，所述至少一个光波导在距所述机械元件确定的距离处被布置在所述机械元件的全体或一部分的下方，并且所述至少一个光波导被设计成传播至少一个具有给定波长的光波，所述光波被设计成与所述机械元件相互作用，并且其中，所述光波导位于距所述机械元件确定的距离处，使得所述光波导的渐逝场与所述机械元件相互作用。
“渐逝场与所述机械元件相互作用”指的是所述机械元件的位移干扰该渐逝场。
机械元件或多个机械元件可以是谐振的或者非谐振的。
所述支座可以具有平面表面。机械元件还可以具有拉长的形状，例如呈杆形，该形状可以与该表面垂直或不垂直。
优选地，所述机械元件具有与所述器件所制作于的层的平面垂直的元件，所述元件具有锚固到所述支座的一端和能够在与所述层的平面平行的平面中运动的一端，或者具有与所述层的平面平行的元件，所述元件通过至少两端相对于所述支座悬置并且能够与所述层的平面垂直地运动。
根据本发明的一个具体实施例，所述机械元件形成了具有给定谐振频率的机械谐振器。
光学器件的数量可以小于或等于所述机械元件的数量。
在上述具体实施例的情况下，本发明所公开的器件可以包括每个机械元件的一个光学器件或用于一组具有相互不同的谐振频率的机械元件的一个光学装置。
根据本发明公开的光机械器件的一个具体实施例，所述光学器件还包括光谐振器，所述光谐振器光耦合到所述波导。所述光谐振器可以呈环的形式。然而本发明并不仅限于该形状；其它形状也能够想到，例如，“跑道”形状、椭圆形状等，或者这些形状的结合。
根据本发明的一个具体实施例，所述机械元件包括被设计成接收一个或多个粒子的接收区域，所述一个或多个粒子能够引起或改变所述机械元件的运动，以便通过由所述检测器件提供的信号确定所述粒子或所述多个粒子的物理性质。
所述机械元件可以包括大致直线状的杆，所述杆具有锚固到所述支座的第一端以及设置有板的第二端，所述板形成了所述接收区域。
在此情况下，根据本发明的一个具体实施例，所述杆大致垂直于所述支座并且所述板大致垂直于所述杆。
根据本发明公开的光机械器件的一个具体实施例，所述机械元件形成机械谐振器，当所述接收区域接收所述粒子或所述多个粒子时，所述机械谐振器的谐振频率变化。
根据本发明的第一具体实施例，所述接收区域被设计成接收物质粒子。
术语“物质粒子”被用于指代原子或者通过非共价键链接的原子集合、分子集合甚至是一群要素(尤其是细胞或蛋白质)。
根据本发明的第二具体实施例，所述接收区域包括被设计成对由在预定范围的电磁频率内的光子形成的粒子进行吸收的材料。
附图说明
通过阅读下文中给出的完全出于信息性目的给出并且不以任何方式进行限制的实施例示例并同时参照附图，将更好地理解本发明，在附图中：
图1示意性地示出了光机械检测的原理；
图2示意性地示出了NEMS与谐振光环的耦合；
图3A和图3B示意性地示出了本发明公开的器件的具体实施例；
图4A和图4B示意性地示出了本发明公开的器件的另一具体实施例；
图5A至图5J示意性地示出了用于制造根据本发明的器件的方法的步骤；以及
图6A至图6E示意性地示出了用于制造根据本发明的器件的另一方法的步骤。
具体实施方式
根据本发明的一个方面，使用了近场光转换而不是电转换。该转换过程的原理在图1中示意性地示出。
关于这一问题，应当参照以下文献：
T.J.Kippenberg等人的，2008,Cavity optomechanics:back-action at themesoscale(腔光力学：介观尺度的反作用)，Science(科学杂志)(New York,N.Y.)，321(5893)，pp.1172-6。
转换过程基于(机械振荡器2)机械自由度与光自由度(其为例如光谐振腔4中产生的电磁场的结果)的耦合。如可以看到的，该电磁场由穿过半透镜8的激光束6提供并且由另一半透镜10和形成机械振荡器的一部分的活动镜12界定。在实践中，当活动镜12的位移改变腔4的谐振模时获得上述耦合。
附图标记13标示来自半透镜10的光的相位/振幅的光检测器。
此外，光波导的渐逝场对周围介质的变化(例如，折射率、物体的存在与否、相对于该物体的距离变化)敏感，因此周围介质的变化对电磁场的传播方式具有影响。
在具有高精度值的微盘型谐振腔中，这会导致光谐振频率的显著位移。通过光波导的渐逝场耦合到谐振腔处的物体可以在谐振腔的机械振动频率下调制谐振腔的光谐振频率。
这种转换已经被用于纳米尺度，如图2所示，将纳米机械器件14与耦合到光波导18上的谐振式环形光谐振器16进行耦合。
关于这一问题，应当参照以下文献：
G.Anetsberger等人的，2009,Near-field cavity optomechanics withnanomechanical oscillators(使用纳机械振荡器的近场腔光力学)，Nature Physics(自然物理学)，5(12)，pp.909–914。
这使得能够获得小于1fm/Hz1/2的位移分辨率。
这种转换还允许因光梯度力进行驱动并因此允许机械谐振器的完全光转换。关于这一问题，应当参照顾以下文献：
M.Li等人的，2009，Broadband all-photonic transduction ofnanocantilevers(纳米悬臂的宽带全光激性转换)，Nature Nanotechnology(自然纳米技术)，4(6月)，pp.377–382。
除了出色的机械位移测量分辨率、宽动态范围和完全光操作的可能性之外，这种类型的转换还具有许多其它优点。
例如，在一定条件下(强耦合、相当的光时间常数和机械时间常数)，能够获得导致自振的反作用效应。这极大地简化了机械装置在其谐振频率下的控制和伺服操作或使得噪声能够减少。关于这一问题，应当参照以下文献：
M.Hossein-zadeh等人的，2010，An Optomechanical Oscillator on a SiliconChip(硅芯片上的光机械振荡器)，IEEE Journal of selected topics in quantumelectronics，16(1)，pp.276–287。
此外，可以使用任何类型的材料，而并非仅是传导性材料。
光带宽也非常大，这意味着可以使用在非常高的频率下(通常为几吉赫兹)谐振的非常小质量的机械装置。这在实践中通过电转换仍然是不可实现的。该带宽还使得能够对大量的机械器件进行复用。
本发明提出利用这些优点。根据本发明的一个方面，所有或部分的光转换装置被放置在机械活动表面下方，尤其包括一个或多个机械元件以及一个或多个驱动/检测器件，其中，这些器件与图3A和图3B中的光学器件21相对应。
图3A和图3B示意性地示出了本发明公开的光机械器件的示例。图3A为该器件的俯视图而图3B为沿图3A的截面AA的剖面图。在本示例中，该器件构成了基本像素。
该装置包括支座20以及支座20上的光学器件21，光学器件21相对于支座固定并且包括光波导22(对于多端口操作可以存在有数个光波导22)和环形谐振器24，环形谐振器24通过渐逝耦合被耦合到波导22并且被调谐到例如接近于1550nm的光波长。
应当指出的是，图3A和图3B中示出的器件由光耦合到波导22上的未示出的激光来供应光能。
一定数量的机械元件26被锚固到支座20并且被设计成相对于支座20运动。机械元件26形成了机械谐振器。在示例中，有四个谐振器26，但可以有单个谐振器并且谐振器的数量可以多达几十个。
谐振器26具有相互接近但彼此不相同的谐振频率。每个谐振器26因而在其自身频率下调制光能。这些频率中的每个的信息因此能够通过对光耦合到光波导上的未示出的光检测器件的光输出信号进行解调来恢复。
这种基于频率的寻址类似于应当进行参照的以下文献所公开的技术：
WO 2012/172204，Système de mesure à résonateurs électromécaniques，procédé de fabrication d’un tel système et procédé de lecture d’au moins deux résonateurs électromécaniques(机电谐振器的测量系统、制作该系统的方法以及对至少两个机电谐振器进行读取的方法)，E.Colinet等人的发明。
返回到图3A和图3B，可以看到的是每个机械元件26包括大致直线的杆28，杆28被设计成相对于支座20运动。杆28的一端被锚固到支座20并且另一端装配有大致平形的板30，板30垂直于杆并且形成了用于接收粒子31的区域，其中，期望检测并测量这些粒子的物理性质。这些粒子改变了杆的各自的谐振频率。
如可以看到的，杆由环形光谐振器24围绕并且光谐振器24位于板26下方。
这些机械元件中的每一个都能够以下述方式进行振动：
-以其基谐模(对于足够刚性的板30，其可以为竖直杆28的弯曲模)；
-或以高次模中的一个，其可以是竖直杆28的弯曲模(面内机械运动)；
-或以延伸模(在板30保持刚性的情况下竖直杆沿着其轴线的振动)；
-或再次以板30独自的弯曲谐振模(竖直机械运动)。
在所有情况下，杆28和板30必须足够接近光谐振器24，通常距光谐振器24几百纳米，以便能够与光谐振器具有良好的光机械耦合。
在因粒子31的接收导致的添加质量(其改变了杆的运动)在板的范围内均匀分布的情况下(例如气体检测)，每个机械元件的单个模使得添加的质量能够被测量。
在添加质点质量的情况下(例如细胞或单蛋白质的检查)，在前三种操作情况下，单个模可以被使用来测量附加质量，而不同于具有常规的NEMS杆的情形或所设想的第四种操作的情况的情形(板30经历弯曲振动的模)，因为此时频率改变还取决于待测量的粒子的位置。
关于常规NEMS杆的情况以及涉及到对质点质量附加进行量化所需要的模的数量的情况应当参照以下文献：
M.S.Hanay等人，2012，Single-protein nanomechanical mass spectrometry inreal time(单蛋白质的实时纳机械质谱分析)，Nature Nanotechnology，7(9月)，pp.602–608。
也可以设想使用图3A和图3B所示出的类型但不具有光谐振器的布置。在这种情况下，机械谐振器26必须沿着波导22放置。机械谐振器26于是不调制光谐振频率：机械谐振器26调制由波导22射出的光能。机械谐振器26的相应的谐振频率必须再次相互不同。
另一方面，在机械结构不是谐振的情况下，机械结构改变射出的光能或光谐振器的频率，这种改变被测量以便建立机械结构的静态或准静态位移。
与图3A和图3B中示出的相同类型的光机械器件使得极为轻质的并且因此对添加的质量非常敏感从而导至高频率谐振的机械谐振器能够被使用。此外，图3A和图3B中示出的种类的像素的使用直接使对各种机械谐振器进行寻址所需要的端口数量能够得到减少。
此外，在这些图3A和3B中示出的种类的器件允许这种像素沿着单个波导被安装成串列，，并且允许形成非常密集的包括大量机械谐振器的阵列，从而使组件具有最少数量的输入端/输出端。这种显著减少了互连的需要。在这种情况下，光谐振器分别被调节到相互略微不同的波长，从而允许这些谐振器中的每一个通过特定的光波长被寻址。所有这些信号在同一波导中被发送并且同时在该波导的输出端处被解调。
可以仅使用覆盖整个光谐振器的单个机械谐振器，并且为此该机械谐振器包括例如薄膜。然而，对于光谐振器由此需要最小直径(通常为10μm)，以便确保优等的谐振质量。所产生的机械器件具有大尺寸，这减小了对添加质量的敏感性，除非器件是超薄并且细长的。
图4A和图4B示意性地示出了像素的示例，该像素包括用于光谐振器的单个机械谐振器。图4A为像素的俯视图，而图4B为沿着图4A的截面AA剖切的剖面图。
可以再次看到承载光波导22和环形光谐振器24的支座20。形成机械谐振器的元件44与光谐振器24相关联并且包括薄膜46，薄膜46覆盖整个谐振器24并且通过支柱48搁置在支座20上。在示出的示例中，薄膜大致呈正方形形式并且支柱分别位于该正方形的四个拐角处，如在图4A中可以看到的。
在上述示例中，为简明起见，已经隐含地假设每个机械元件的驱动器件以及该元件的位移频率的变化的检测器件都是光学系统。
然而，驱动器件也可以是外部的并且例如通过振动压电元件(或压电振动器)实现，或可以是电动式的，例如静电式的(通过靠近机械谐振器，例如在构成支座20的衬底中的掺杂区域中放置电极)，或使用形成在与机械谐振器相同位置处的传导电极实现。
此外，以上给出的本发明的示例涉及重量测定的检测。然而，本发明不限于一个这样的应用：本发明还可以应用于任何类型的基于频率的(或静态位移)检测，例如在太赫兹成像或辐射热测量计领域中。
在这种情况下，图3A和图3B中的板30以及图4A和图4B中的薄膜46可以覆盖有或甚至由单件式材料49(图4B)制成，材料49吸收在被研究的电磁频率范围内的光子P。例如，在用于辐射热测量计的红外辐射的情况下，该材料可以为钛。
下面将考虑根据本发明的器件的制造。
波导可以由硅或氮化硅制成在刚性支座上，例如由板状硅制成。也可以将光子回路制作在柔性衬底上，其中光波导由聚合物制成。
可能在本发明中使用的MEMS或NEMS可以由硅、氮化硅、硅石、碳化硅制成或由甚至聚合物的任何其它材料制成，并且悬置结构优选地由硅、氮化硅或碳化硅制成。
I.制造方法的第一示例(图5A至图5J)
I.1光子晶片的制造(图5A)
制造该器件的起点为隐埋氧化物(BOX)板50，板50包括硅衬底54上的一层厚度为200nm的硅石52。对该板50进行构造以便获得期望的光子回路(标准过程)。每个波导56由硅制成并且具有大约为例如100×100nm2至500×500nm2的横截面。每个环形光谐振器58具有大约从5μm至20μm的内径、大约200至500nm的宽度以及大约200nm至500nm的厚度。内部芯片波导的典型长度从100μm至几毫米。
关于这一问题，应当参照例如以下文献：
US 2012/0063717,Method of producing a photonic device andcorresponding photonic device,Laurent Grenouillet等人的发明。
US2010/0265504,Optical device with superimposed photonic circuits forcoupling to one or more optical waveguides,Christophe Kopp等人的发明。
I.2制备/保护晶片(图5B和图5C)
一薄层的氧化物60例如利用PECVD被沉积以保护由硅制成的光波导。该层60具有例如10nm的厚度。
接着，深度超过500nm的多晶硅的牺牲层62被沉积。该深度为例如550nm以便在最后释放时在所使用的MEMS或NEMS与波导之间留有50nm的空间。(替代性地，可以将HfO2的蚀刻阻止层直接沉积到波导上，或沉积到几纳米的之前沉积的氧化硅上，接着进行例如500nm的氧化硅的沉积，其将用作用于使用氢氟酸进行释放的牺牲层)。
接着，利用PECVD沉积最后的厚度为10nm的薄氧化层64(本步骤不适于上述替代方案)。
由此获得的结构66的表面被整平并且被清洁以使其准备用于粘结。层64在构造MEMS或NEMS期间用作阻止层。
I.3粘结上层、将来的MEMS或NEMS层(图5D至图5F)。
包括500μm的基座硅70、400nm的隐埋氧化物BOX 72以及200nm的顶部硅74的SOI式晶片68被粘结到由结构66形成的光子晶片的表面。晶片66和68的粘结例如通过分子粘结技术实现。应当指出的是代替SOI式晶片，可以使用被减薄并且接着被整平直到获得期望的厚度的硅晶片。
产生的结构接着通过移除整个厚度的硅70(即，500μm)并且结束于隐埋氧化物(BOX)而被减薄。
接着，隐埋氧化物72被移除(图5F)并且顶部硅74被整平以获得大约从200nm至10nm的期望的厚度。由此，获得了具有硅/氧化物接口的两个晶片的叠组。这样在构造NEMS或MEMS之间，由此获得了SOI的构型：200nm的顶部硅/10nm的氧化物/550nm的多晶硅。
I.4构造成MEMS或NEMS阵列(图5G至图5I)
执行常规的活性离子腐蚀(RIE)光刻/蚀刻步骤以在硅层74中构造MEMS或NEMS(参见例如上文中引用的E.Mile等人的论文)。然后该步骤结束于10nm厚的氧化物层62。(然而，在上述替代方案中，该步骤直接结束于用作牺牲层的550nm的氧化硅)。
接着(图5I)，MEMS或NEMS被相应地氧化超过例如10nm的厚度，以便在释放硅制成的牺牲层期间保护这些MEMS或NEMS结构。产生的氧化层具有附图标记76。(在上述替代方案中该步骤是不必要的)。
MEMS或NEMS阵列将具有比光子回路小的表面积，以便为通过光纤引入光留下空间。
接着，使用RIE(各向异性蚀刻)在必须被释放的区域上执行光刻，继之以氧化物的蚀刻(10nm+10nm)(在上述替代方案中该步骤是不必要的)。
I.5释放可动结构(图5J)
MEMS或NEMS结构通过使用XeF2进行的多晶硅的各向同性蚀刻被释放。(在上述替代方案中，使用了另一方法：释放使用氢氟酸、通过蚀刻550nm的氧化硅并且通过在HfO2上进行阻止被执行)。
最后，获得了悬置的MEMS或NEMS结构，该结构由10nm的氧化物/200nm至50nm的硅/20nm的氧化物、覆有一层厚度介于5nm与10nm之间的氧化物并且例如等于10nm的上述硅波导构成。
II.制造方法的第二示例(图6A至图6E)
该第二示例与第一示例之间的不同是由于将MEMS或NEMS晶片粘结到光子晶片上同时保持轮廓(粘结在空腔上)。
光子回路保持相同。然而，对于第二示例的设计，应当有利地提供大粘结表面。一个晶片例如通过分子粘结技术被直接粘结到另一个晶片上。支撑将来的MEMS或NEMS的晶片由硅制成并且被覆有氧化物，该氧化物将构成粘结界面和牺牲层两者。
图6A示出了承载波导82和光环84的晶片80。波导82和光环84靠置在晶片80所包括的硅石层86上。还可以看到用于粘结晶片的粘结表面88。
还可以看到由硅制成的晶片90。晶片90具有硅石的表面层92，硅石的表面层92通过PECVD获得并且具有大约为例如10nm至500nm的厚度。该层92将用作牺牲层，从而设置光谐振器与MEMS或NEMS结构之间的间隔。
图6B示出了彼此粘结的晶片80和90。晶片90的层92被粘结到晶片80的在图6A中的附图标记中为88的表面。
接着(图6C)，晶片90通过物理化学研磨被减薄，接着执行最后的整平(抛光)以获得介于10nm与200nm之间的期望的厚度。
MEMS或NEMS接着通过光刻/蚀刻被构造出(图6D)。附图标记94对应于所述MEMS或所述NEMS并且附图标记96对应于其机械支撑。
接着，所有的需要(图6E)是例如通过HF蒸汽蚀刻执行释放。在示出的示例中，在光子回路下方出现的氧化物在释放期间将经受一些蚀刻。这可以通过不同的方式来控制：牺牲层中的氧化物比置于光子回路下方的热氧化物的密度小并因此比置于光子回路下方的热氧化物蚀刻的更快。也可以执行硅氧化物的先期各向异性蚀刻以便限制HF各向同性蚀刻时间。
III.制造方法的第三示例
从制造方法的观点来看，标准“硅上的光子回路”以及“硅上的MEMS或NEMS”方法可以组合：
-基部晶片可以为SOI晶片，包括例如厚度为220nm的顶层和厚度为2μm的BOX层。
-第一光刻/蚀刻循环允许波导和光谐振器以及耦合阵列在SOI晶片的顶层中被建模，耦合阵列对于与光纤连接是需要的，光纤设计成将光机械器件联接到激光器并且联接到光检测的装置。
-接着执行例如厚度为500nm的SiO2的沉积。
-接着，使用化学机械抛光(CMP)的整平被执行，使该CMP阻止以限定光谐振器与机械谐振器之间的竖向光学间隔。
-接着，沉积例如具有20nm的厚度的一层HfO2阻止层，以确保机械结构的释放不会导致光导和光谐振器的释放。
-执行光刻/蚀刻以断开阻止层/氧化物叠组并且对将来的机械结构的锚固进行建模。
-希望形成机械结构的材料层被沉积。该材料层为例如一层具有100nm的厚度的多晶硅。
参照图3A、图3B和图4A、图4B进行描述的根据本发明的光机械器件包括构成谐振器的机械元件。然而，本发明不限于这样的情形：根据本发明的光机械器件可以使用一个或更多个非谐振机械元件，例如为了检测诸如细胞力的力。在这种情况下，光机械器件不使用用于驱动机械元件或多个元件的器件，仅使用用于检测元件或多个元件的位移的器件(通过使用光波，如可以在上文中看到的)。
此外，具体地参照图3B和图4B，应当说明的是，根据本发明的器件的机械元件可以具有垂直于该器件所制作于的层的平面的元件，该元件具有锚固到该器件所具有的支座的端部以及能够在平行于该层的平面中运动的端部，或具有平行于该层的平面的元件，该元件经由至少端部相对于支座悬置并且能够垂直于该层的平面运动。

Claims (11)

1.一种光机械器件，包括：
支座，并且在所述支座上具有：
至少一个机械元件，所述至少一个机械元件被锚固到所述支座并且包括被设计成相对于所述支座运动的部分，以及
用于驱动所述机械元件的所述部分和/或用于检测所述机械元件的所述部分的运动或运动频率的变化的装置，其中，所述驱动和/或检测装置包括相对于所述支座固定的光学器件，
所述光学器件包括至少一个光波导和光谐振器，所述光谐振器光耦合到所述光波导，其中，所述至少一个光波导和所述光谐振器都相对于所述支座固定，
所述光学器件在距所述机械元件确定的距离处、在所述机械元件的所述部分与所述支座之间被布置在所述机械元件的所述部分的全体或一部分的下方，
并且所述光学器件被设计成传播至少一个具有给定波长的光波，所述光波被设计成与所述机械元件相互作用，
并且其中，所述光学器件位于距所述机械元件确定的距离处，使得所述光学器件的渐逝场与所述机械元件相互作用，
其中，所述机械元件包括被设计成接收一个或多个粒子的接收区域，所述一个或多个粒子能够引起或改变所述机械元件的运动，以便通过由所述检测装置提供的信号确定所述一个或多个粒子的物理性质。
2.根据权利要求1所述的光机械器件，其中，所述机械元件具有与所述光机械器件所制作于的层的平面垂直的元件，所述垂直的元件具有锚固到所述支座的一端和能够在与所述层的平面平行的平面中运动的一端，或者具有与所述层的平面平行的元件，所述平行的元件通过至少两端相对于所述支座悬置并且能够与所述层的平面垂直地运动。
3.根据权利要求1所述的光机械器件，其中，所述机械元件形成了具有给定谐振频率的机械谐振器。
4.根据权利要求1所述的光机械器件，其中，所述光学器件的数量小于或等于所述机械元件的数量。
5.根据权利要求3所述的光机械器件，包括每个机械元件的一个光学器件或用于一组具有相互不同的谐振频率的机械元件的一个光学器件。
6.根据权利要求1所述的光机械器件，其中，所述光谐振器呈环的形式。
7.根据权利要求1所述的光机械器件，其中，所述机械元件包括直线状的杆，所述杆具有锚固到所述支座的第一端以及设置有板的第二端，所述板形成了所述接收区域。
8.根据权利要求7所述的光机械器件，其中，所述杆垂直于所述支座并且所述板垂直于所述杆。
9.根据权利要求1所述的光机械器件，其中，所述机械元件形成机械谐振器，当所述接收区域接收所述一个或多个粒子时，所述机械谐振器的谐振频率变化。
10.根据权利要求1所述的光机械器件，其中，所述接收区域被设计成接收物质粒子。
11.根据权利要求1所述的光机械器件，其中，所述接收区域包括被设计成对由在预定范围的电磁频率内的光子形成的粒子进行吸收的材料。
CN201410568859.2A 2013-10-22 2014-10-22 用于驱动和/或检测机械元件的运动的光机械器件 Active CN104579224B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1360282 2013-10-22
FR1360282 2013-10-22

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104579224A CN104579224A (zh) 2015-04-29
CN104579224B true CN104579224B (zh) 2019-03-01

Family

ID=50231286

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410568859.2A Active CN104579224B (zh) 2013-10-22 2014-10-22 用于驱动和/或检测机械元件的运动的光机械器件

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10132957B2 (zh)
EP (1) EP2866000B1 (zh)
CN (1) CN104579224B (zh)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2866000B1 (fr) * 2013-10-22 2020-03-11 Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives Dispositif optomécanique d'actionnement et/ou de détection du déplacement d'un élément mécanique, notamment pour la détection gravimétrique
FR3012124B1 (fr) * 2013-10-22 2017-12-15 Commissariat Energie Atomique Dispositif de detection electromecanique, pour la detection gravimetrique, et procede de fabrication du dispositif
US9454061B1 (en) * 2015-12-17 2016-09-27 International Business Machines Corporation Quantum coherent microwave to optical conversion scheme employing a mechanical element and a squid
FR3046153A1 (fr) 2015-12-24 2017-06-30 Commissariat Energie Atomique Systeme presentant une densite surfacique de dispositfs microelectromecaniques et/ou nanoelectromecaniques augmentee
FR3073954B1 (fr) * 2017-11-20 2019-12-20 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Systeme de transduction d'un deplacement en un dephasage optique.
EP3715826B1 (en) * 2019-03-26 2024-03-06 Infineon Technologies AG Sensor device, particle sensor device and method for detecting a particulate matter density
US11747512B1 (en) * 2019-08-23 2023-09-05 Hrl Laboratories, Llc Phononic comb enhanced MEMS gravity gradiometers
US11656241B2 (en) * 2020-02-12 2023-05-23 Southern Methodist University Micro-fabricated optical motion sensor
FR3124592B1 (fr) 2021-06-25 2023-05-19 Commissariat Energie Atomique Système de mesure de type MEMS ou NEMS multicapteurs

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6909824B1 (en) * 2002-03-05 2005-06-21 Avi Messica Mechanically actuated evanescent-wave coupled optical devices
CN101782533A (zh) * 2010-01-28 2010-07-21 武汉康普常青软件技术有限公司 激光污秽传感器
CN102483422A (zh) * 2009-06-01 2012-05-30 康奈尔大学 利用微球的集成光流控系统
US8483522B2 (en) * 2008-09-24 2013-07-09 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Optical modulator, integrated optical circuit, and method for modulating an optical signal

Family Cites Families (47)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2737499C3 (de) * 1977-08-19 1981-10-22 Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V., 3400 Göttingen Faseroptisches Schaltungselement
US5162691A (en) * 1991-01-22 1992-11-10 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Cantilevered air-gap type thin film piezoelectric resonator
KR0180972B1 (ko) * 1995-06-28 1999-05-15 윤덕용 광도파관으로 이루어진 광결합기 센서 및 그의 제조방법
JP3257510B2 (ja) * 1998-05-29 2002-02-18 日本電気株式会社 光デバイス
WO2000050938A1 (en) * 1999-02-22 2000-08-31 Massachusetts Institute Of Technology Vertically coupled optical resonator devices over a cross-grid waveguide architecture
US6385363B1 (en) * 1999-03-26 2002-05-07 U.T. Battelle Llc Photo-induced micro-mechanical optical switch
US6392233B1 (en) * 2000-08-10 2002-05-21 Sarnoff Corporation Optomechanical radiant energy detector
US6658176B2 (en) * 2000-09-29 2003-12-02 Sarnoff Corporation Optical switch using movable micromechanical cantilevers and evanescent coupling
US6970619B2 (en) * 2001-05-21 2005-11-29 Lucent Technologies Inc. Mechanically tunable optical devices such as interferometers
US6668111B2 (en) * 2001-06-28 2003-12-23 The Charles Stark Draper Laboratory Optical microcavity resonator sensor
US7031563B2 (en) * 2003-05-06 2006-04-18 Intel Corporation Optical clocking with a ring resonator
US8280214B2 (en) * 2004-05-13 2012-10-02 The Regents Of The University Of California Nanowires and nanoribbons as subwavelength optical waveguides and their use as components in photonic circuits and devices
US7271379B2 (en) * 2004-05-27 2007-09-18 3M Innovative Properties Company Dielectric microcavity fluorosensors excited with a broadband light source
US7285736B2 (en) * 2004-10-21 2007-10-23 David Michael Korpi Oscillating Inertial Microbalance and Method of Passive Compensation
US7120332B1 (en) 2005-03-31 2006-10-10 Eastman Kodak Company Placement of lumiphores within a light emitting resonator in a visual display with electro-optical addressing architecture
GB0509113D0 (en) * 2005-05-04 2005-06-08 Sensor Technology Ltd Measuring physical quantities resonant structures
US7310459B1 (en) * 2005-10-25 2007-12-18 Xilinx, Inc. On-chip programmable optical crossbar switch
US8270781B2 (en) * 2005-10-28 2012-09-18 The Regents Of The University Of California Apparatus and method for improved optical detection of particles in fluid
US7336859B2 (en) * 2005-12-28 2008-02-26 Honeywell International, Inc. Sensor using ultra thin waveguides and optical fibers
US7532790B2 (en) * 2006-03-29 2009-05-12 3M Innovative Properties Company Method of coupling light into microresonators
US8115937B2 (en) * 2006-08-16 2012-02-14 Davidson Instruments Methods and apparatus for measuring multiple Fabry-Perot gaps
US7474810B2 (en) * 2007-05-15 2009-01-06 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Method and apparatus for controlling light flux with sub-micron plasmon waveguides
US7751655B2 (en) * 2007-07-27 2010-07-06 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Micro-ring optical detector/modulator
FR2922031B1 (fr) 2007-10-03 2011-07-29 Commissariat Energie Atomique Dispositif optique a circuits photoniques superposes, pour couplage avec un ou plusieurs guides optiques.
US7583874B2 (en) * 2007-10-31 2009-09-01 Massachusetts Institute Of Technology Controlling optical resonances via optically induced potentials
US8009943B2 (en) * 2007-10-31 2011-08-30 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Magnetically activated photonic switches and switch fabrics employing the same
US8542960B2 (en) * 2008-03-19 2013-09-24 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Tunable ring resonator
US9008467B2 (en) * 2008-03-20 2015-04-14 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Nanoparticle-based quantum confined stark effect modulator
US8179935B2 (en) * 2008-04-01 2012-05-15 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Tunable optical resonator
US8009937B2 (en) * 2008-04-18 2011-08-30 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Charge-based memory cell for optical resonator tuning
EP2214042B1 (en) 2009-02-02 2015-03-11 Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives Method of producing a photonic device and corresponding photonic device
US9645010B2 (en) * 2009-03-10 2017-05-09 The Regents Of The University Of California Fluidic flow cytometry devices and methods
US9134221B2 (en) * 2009-03-10 2015-09-15 The Regents Of The University Of California Fluidic flow cytometry devices and particle sensing based on signal-encoding
US8542365B2 (en) * 2009-03-23 2013-09-24 The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy Optical MEMS chemical sensor array
FR2946479A1 (fr) * 2009-06-09 2010-12-10 Commissariat Energie Atomique Resonateur electromecanique a ancrage resonant.
US8265433B2 (en) * 2010-04-14 2012-09-11 Oracle America, Inc. Low-power, broadband optical switch
FR2964653B1 (fr) 2010-09-13 2012-10-12 Commissariat Energie Atomique Dispositif resonant a actionnement dans le plan, et procede de fabrication du dispositif
FR2964652B1 (fr) 2010-09-13 2015-05-15 Commissariat Energie Atomique Dispositif resonant, a detection piezoresistive et a resonateur relie de facon elastique au support du dispositif, et procede de fabrication de celui-ci
FR2964651B1 (fr) 2010-09-13 2015-05-15 Commissariat Energie Atomique Dispositif a poutre suspendue et moyens de detection piezoresistive du deplacement de celle-ci, et procede de fabrication du dispositif
US8925385B2 (en) * 2010-12-06 2015-01-06 Sierra Instruments, Inc. Longitudinal resonating mode inertial mass sensing systems
FR2973504B1 (fr) 2011-03-31 2014-01-10 Commissariat Energie Atomique Systeme de mesure a resonateurs electromecaniques, procede de fabrication d'un tel systeme et procede de lecture d'au moins deux resonateurs electromecaniques
WO2013052953A1 (en) * 2011-10-08 2013-04-11 Cornell University Optomechanical sensors based on coupling between two optical cavities
WO2013130134A1 (en) * 2012-03-02 2013-09-06 Purdue Research Foundation Passive optical diode on semiconductor substrate
FR3003083B1 (fr) 2013-03-11 2015-04-10 Commissariat Energie Atomique Dispositif de determination de la masse d'une particule en suspension ou en solution dans un fluide
WO2015059511A1 (en) * 2013-10-22 2015-04-30 Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives Optomechanical device with mechanical elements and optical filters for actuating and/or detecting the movement of the elements
EP2866000B1 (fr) * 2013-10-22 2020-03-11 Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives Dispositif optomécanique d'actionnement et/ou de détection du déplacement d'un élément mécanique, notamment pour la détection gravimétrique
US9395177B2 (en) * 2013-11-14 2016-07-19 The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy Evanescent field opto-mechanical phase shifter

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6909824B1 (en) * 2002-03-05 2005-06-21 Avi Messica Mechanically actuated evanescent-wave coupled optical devices
US8483522B2 (en) * 2008-09-24 2013-07-09 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Optical modulator, integrated optical circuit, and method for modulating an optical signal
CN102483422A (zh) * 2009-06-01 2012-05-30 康奈尔大学 利用微球的集成光流控系统
CN101782533A (zh) * 2010-01-28 2010-07-21 武汉康普常青软件技术有限公司 激光污秽传感器

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A microelectromechanically controlled cavity optomechanical sensing system;Houxun Miao等;《Lasers and Electro-optics(CLEO),2012 Conference on》;20120511;1-17
Design of MOEM Vibration Sensor Using Optical MicroRing Resonator and MicroCantilever Beam;Rekha R等;《TENCON 2011-2011 IEEE Region 10 Conference》;20120112;747-751
Integrated Resonant Optical Readout Applicable to Large Arrays of MEMS Beams;Gino Putrino等;《IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS》;20121015;第24卷(第24期);2243-2246
Micromechanically Tuned Ring Resonator in Silicon on Insulator;L.J.Kauppinen等;《Quantum Electronics Conference & Lasers and Electro-Optics(CLEO/IQEC/PACIFIC RIM),2011》;20110901;682-684
Read-Out of Cantilever Bending With a Grated Waveguide Optical Cavity;S.V.Pham;《IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS》;20110215;第23卷(第4期);215-217

Also Published As

Publication number Publication date
EP2866000B1 (fr) 2020-03-11
US20150107357A1 (en) 2015-04-23
CN104579224A (zh) 2015-04-29
EP2866000A1 (fr) 2015-04-29
US10132957B2 (en) 2018-11-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104579224B (zh) 用于驱动和/或检测机械元件的运动的光机械器件
Liu et al. Progress of optomechanical micro/nano sensors: a review
JP5208201B2 (ja) 原子間力顕微鏡法のためのプローブ
US9891382B2 (en) Optomechanical device with mechanical elements and optical filters for actuating and/or detecting the movement of the elements
CN108027390B (zh) 用于原子力显微的紧凑型探头以及包括这种探头的原子力显微镜
Pai et al. MEMS-based hemispherical resonator gyroscopes
EP2250480B1 (en) Spm imaging apparatus, probe and method
EP1203749A1 (en) Nanometer-order mechanical vibrator, production method thereof and measuring device using it
WO2003073042A1 (en) Nanoscale vibrometric measurement apparatus and method
US20100257643A1 (en) Ultrasoft atomic force microscopy device and method
Zhang et al. Micro/nanostructure engineering of epitaxial piezoelectric α-quartz thin films on silicon
US8505382B2 (en) Nonlinear nanomechanical oscillators for ultrasensitive inertial detection
Zhang et al. S-shape spring sensor: Sensing specific low-frequency vibration by energy harvesting
JP2005274585A (ja) 試料の光励振機能を有するヘテロダインレーザドップラー干渉計
Bao et al. An optomechanical accelerometer with a high-finesse hemispherical optical cavity
WO2005015570A1 (ja) 透明基板を用いるプローブ顕微鏡のプローブ、その製造方法およびプローブ顕微鏡装置
US20130089465A1 (en) Micromechanical sensor system having super hydrophobic surfaces
Beyder et al. Microfabricated torsion levers optimized for low force and high-frequency operation in fluids
An et al. Optomechanical transducer-based soft and high frequency nanoscale cantilever for atomic force microscopy
US10302673B2 (en) Miniaturized and compact probe for atomic force microscopy
Yenuganti et al. Piezoelectric microresonant pressure sensor using aluminum nitride
JP2008241619A (ja) カンチレバー、バイオセンサ、及びプローブ顕微鏡
Sun et al. Diamond MEMS: From Classical to Quantum
Jolly et al. Soft chemistry assisted on-chip integration of nanostructured quartz-based piezoelectric microelectromechanical system
Shao Microscale hemispherical shell resonating gyroscopes

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant