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MEMS法珀腔光学声传感器
作者：郑永秋
出版社：电子工业出版社
出版时间：2023-11-01
ISBN：9787121466953
定价：¥98.00
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内容简介
MEMS法珀腔光学声传感器是新一代工业及信息技术发展的核心声传感器件。本书系统地论述了MEMS法珀腔光学声传感器的传感机理、法珀腔声敏感结构的优化设计及制备、调相谱检测的声信号解调技术等，还对MEMS法珀腔光学声传感器进行了测试与分析。本书在注重机理分析的同时，将理论与实践相结合，具有较强的系统性、理论性和实用性，对从事MEMS光学声传感技术研究、设计、制造和应用的科技人员有一定的参考价值，也可作为相关专业本科生和研究生的教学参考书。
作者简介
郑永秋（1986.07-），博士，中北大学副教授，硕士生导师。山西省"三晋英才”青年优秀人才，山西省优秀青年基金获得者，山西省光学学会理事，中北大学"太行学者”、青年学术带头人，《红外与激光工程》青年编委，国家自然科学基金评审专家。主要从事MEMS光学传感器件及测试仪器研究，主持有国家自然科学基金重点项目、国家自然科学基金青年基金，国家重点研发计划课题，国防科技173计划重点基金，军委装备发展部领域基金、山西省优秀青年基金等国家和省部级项目，作为分承研单位负责人，承担有国防科工局基础科研项目1项。围绕高Q微腔的传感检测及系统集成，开发了高速信号的调制解调技术、微腔谐振频率的快速跟踪和锁定技术，实现了检测设备仪器到数字一体化的集成，为高Q微腔的系统集成奠定了基础，相关研究成果发表在《Opt Express》、《Chin Opt Lett.》、《IEEE SENSORS JOURNAL》、《Optics and Laser Technology》、《红外与激光工程》等刊物上。
目录
第1章 概述
1.1 引言 / 1
1.2 光学声传感器的发展现状 / 5
1.2.1 间接耦合型光学声传感器 / 6
1.2.2 直接耦合型光学声传感器 / 25
1.3 光学声传感器的MEMS制备工艺 / 31
1.3.1 微结构光纤光栅的MEMS制备工艺 / 31
1.3.2 光纤干涉仪的MEMS制备工艺 / 34
1.3.3 微谐振腔的MEMS制备工艺 / 45
1.4 光学声传感器的发展趋势 / 50
第2章 MEMS法珀腔光学声传感机理
2.1 声信号传播基本特性 / 53
2.1.1 声波的物理特性 / 54
2.1.2 声波探测的重要评价指标 / 56
2.2 MEMS法珀腔声传感机理 / 58
2.2.1 声压致空气折射率改变理论分析 / 58
2.2.2 法珀腔原理和特征参数 / 60
2.2.3 声-光多物理场耦合声敏感机理 / 65
2.3 MEMS法珀腔声敏感响应特性 / 74
2.3.1 宽频带响应特性 / 74
2.3.2 高灵敏度响应特性 / 75
2.3.3 大动态范围响应特性 / 79
第3章 MEMS法珀腔声传感结构设计方法
3.1 全刚性法珀腔结构设计 / 85
3.2 稳定法珀腔聚焦特性 / 90
3.3 光声共焦法珀腔传感结构设计 / 95
第4章 基于光胶工艺的法珀腔制备方法
4.1 光胶工艺 / 101
4.2 基于光胶工艺的法珀腔制备 / 102
4.3 法珀腔声传感器的耦合封装 / 108
4.3.1 光纤准直器的耦合特性 / 108
4.3.2 光纤准直器与法珀腔的耦合对准 / 111
4.3.3 法珀腔声传感器的封装 / 116
第5章 基于直接键合工艺的法珀腔制备方法
5.1 室温自发预键合 / 119
5.1.1 预键合模型 / 119
5.1.2 预键合关键工艺 / 121
5.2 直接键合材料特性分析 / 123
5.3 直接键合法珀腔制备 / 125
5.3.1 “三明治”式敞口法珀腔结构设计 / 125
5.3.2 石英玻璃MEMS直接键合工艺 / 127
5.3.3 石英玻璃磁控溅射及划片工艺 / 132
5.3.4 键合界面表征及键合质量测试 / 137
5.3.5 尾纤式全固态微型法珀腔封装工艺 / 142
5.4 法珀腔光学特性测试 / 144
5.4.1 空间光学耦合测试 / 145
5.4.2 光纤耦合测试 / 147
第6章 光纤声传感声信号解调方法
6.1 光纤声传感器常用的信号解调技术 / 149
6.1.1 强度解调技术 / 150
6.1.2 相位解调技术 / 151
6.2 调相谱检测技术 / 152
6.2.1 相位调制原理 / 154
6.2.2 同步解调误差信号分析 / 155
6.3 谐振频率追踪与锁定技术 / 161
第7章 法珀腔声传感性能测试系统和方法
7.1 测试系统搭建及测试方法 / 165
7.2 基于调相谱技术的法珀腔声传感测试 / 169
7.3 基于不同品质因数的法珀腔声传感测试 / 177
7.4 法珀腔声传感器实际工程应用测试 / 184
7.4.1 方向性测试 / 184
7.4.2 振动测试 / 186
7.4.3 高温测试 / 189
7.4.4 高声压测试 / 191
参考文献 / 194
1.1 引言 / 1
1.2 光学声传感器的发展现状 / 5
1.2.1 间接耦合型光学声传感器 / 6
1.2.2 直接耦合型光学声传感器 / 25
1.3 光学声传感器的MEMS制备工艺 / 31
1.3.1 微结构光纤光栅的MEMS制备工艺 / 31
1.3.2 光纤干涉仪的MEMS制备工艺 / 34
1.3.3 微谐振腔的MEMS制备工艺 / 45
1.4 光学声传感器的发展趋势 / 50
第2章 MEMS法珀腔光学声传感机理
2.1 声信号传播基本特性 / 53
2.1.1 声波的物理特性 / 54
2.1.2 声波探测的重要评价指标 / 56
2.2 MEMS法珀腔声传感机理 / 58
2.2.1 声压致空气折射率改变理论分析 / 58
2.2.2 法珀腔原理和特征参数 / 60
2.2.3 声-光多物理场耦合声敏感机理 / 65
2.3 MEMS法珀腔声敏感响应特性 / 74
2.3.1 宽频带响应特性 / 74
2.3.2 高灵敏度响应特性 / 75
2.3.3 大动态范围响应特性 / 79
第3章 MEMS法珀腔声传感结构设计方法
3.1 全刚性法珀腔结构设计 / 85
3.2 稳定法珀腔聚焦特性 / 90
3.3 光声共焦法珀腔传感结构设计 / 95
第4章 基于光胶工艺的法珀腔制备方法
4.1 光胶工艺 / 101
4.2 基于光胶工艺的法珀腔制备 / 102
4.3 法珀腔声传感器的耦合封装 / 108
4.3.1 光纤准直器的耦合特性 / 108
4.3.2 光纤准直器与法珀腔的耦合对准 / 111
4.3.3 法珀腔声传感器的封装 / 116
第5章 基于直接键合工艺的法珀腔制备方法
5.1 室温自发预键合 / 119
5.1.1 预键合模型 / 119
5.1.2 预键合关键工艺 / 121
5.2 直接键合材料特性分析 / 123
5.3 直接键合法珀腔制备 / 125
5.3.1 “三明治”式敞口法珀腔结构设计 / 125
5.3.2 石英玻璃MEMS直接键合工艺 / 127
5.3.3 石英玻璃磁控溅射及划片工艺 / 132
5.3.4 键合界面表征及键合质量测试 / 137
5.3.5 尾纤式全固态微型法珀腔封装工艺 / 142
5.4 法珀腔光学特性测试 / 144
5.4.1 空间光学耦合测试 / 145
5.4.2 光纤耦合测试 / 147
第6章 光纤声传感声信号解调方法
6.1 光纤声传感器常用的信号解调技术 / 149
6.1.1 强度解调技术 / 150
6.1.2 相位解调技术 / 151
6.2 调相谱检测技术 / 152
6.2.1 相位调制原理 / 154
6.2.2 同步解调误差信号分析 / 155
6.3 谐振频率追踪与锁定技术 / 161
第7章 法珀腔声传感性能测试系统和方法
7.1 测试系统搭建及测试方法 / 165
7.2 基于调相谱技术的法珀腔声传感测试 / 169
7.3 基于不同品质因数的法珀腔声传感测试 / 177
7.4 法珀腔声传感器实际工程应用测试 / 184
7.4.1 方向性测试 / 184
7.4.2 振动测试 / 186
7.4.3 高温测试 / 189
7.4.4 高声压测试 / 191
参考文献 / 194
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