一种悬浮光学机械系统的制作方法

1.本发明属于光学机械系统技术领域，涉及一种悬浮光学机械系统。


背景技术：

2.在过去的几十年中，纳米级机械装置和超低损耗光学腔相结合的光学机械器件得到了迅速的发展。在光学机械系统中，微小的位移、力和质量的变化都可以通过机械运动将其转换成光学信号来实现精确测量。由于其独一无二的光机械耦合特性，光学机械系统现在是实现固态量子比特和光子之间的量子接口的主要候选对象，在信息存储、量子传感和信号处理等应用中有巨大的潜在价值。
3.在由经典布里-珀罗腔(fp腔)构成的光学机械系统中，存在有两个反射镜组成的光学谐振腔，其中容纳了一系列由光学腔长度决定的光学模式。其中一个反射镜固定，并将另一个反射镜连接到一个检测质量块上。这样，光学腔的有效长度则由检测质量的运动决定。通过这种机制，光学机械系统顺利地引导机械运动与光学共振模式相耦合，也就是说，机械运动会改变光学共振模式。这样，通过监测光学共振模式的变化，就能反推机械运动的状态。为了测量光学共振模式的变化，必须采取方法将光学模式耦合到检测光学通道中。常见的耦合方式包括了侧面耦合、对接耦合和端部耦合。其中，侧面耦合具有高灵活性、高耦合效率和可控的非本征耦合率，在实现光学机械器件的小型化和高效化等方面有着无可比拟的优势。
4.侧面耦合的原理非常简单，只需要将波导放置在光学腔体的近场中，通过倏逝场耦合来实现对光学腔体的光波输入和输出。在该过程中，耦合效率随着波导和周围环境之间的折射率对比度、波导宽度以及波导和谐振腔之间的间隙的变化而变化。
5.采用悬置波导可以增强波导与周围环境之间的折射率对比，从而增加有效折射率，并消除光场从波导到衬底材料的模式泄漏损耗。为了保持波导悬空，必须采用支撑系绳以将悬置波导连接到衬底和光腔。然而，支撑系绳在传输过程中会造成额外的损耗，从而影响设备的性能。
6.因此，如何改进悬浮光学机械系统的波导结构设计以进一步降低传输损耗、提高耦合效率，从而得到更高品质的器件，成为本领域技术人员亟待解决的一个重要技术问题。
7.应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本技术的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本技术的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。


技术实现要素：

8.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种悬浮光学机械系统，用于解决现有悬浮光学机械系统的波导传输损耗较大、耦合效率较低的问题。
9.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种悬浮光学机械系统，包括：
10.第一衬底块；
11.悬置波导，位于所述第一衬底块的y方向一侧并与所述第一衬底块间隔设置，所述悬置波导包括一沿x方向延伸的直线型主体部及多个沿x方向依次且间隔排列的连接部，所述连接部位于所述直线型主体部朝向所述第一衬底块的一侧并与所述直线型主体部连接，所述连接部包括沿x方向依次连接的第一渐变部、中间部及第二渐变部，所述第一渐变部在y方向上的宽度沿x方向逐渐增大，所述中间部为直线型，所述第二渐变部在y方向上的宽度沿x方向逐渐减小，所述x方向垂直于所述y方向；
12.悬置支撑梁，位于所述悬置波导远离所述第一衬底块的一侧并与所述悬置波导间隔设置；
13.多个支撑系绳组，与多个所述连接部一一对应，所述支撑系绳组包括分布于所述中间部y方向一侧的多条第一支撑系绳及y方向另一侧的多条第二支撑系绳，所述第一支撑系绳的y方向两端分别固定于所述第一衬底块与所述中间部，所述第二支撑系绳的y方向两端分别固定于所述直线型主体部与所述悬置支撑梁；
14.悬置检测质量块，位于所述悬置支撑梁远离所述悬置波导的一侧并与所述悬置支撑梁间隔设置；
15.光学腔体，位于所述悬置支撑梁与所述悬置检测质量块之间，所述光学腔体包括在y方向上间隔设置的第一悬置光子晶体与第二悬置光子晶体，所述第一悬置光子晶体固定于所述悬置支撑梁，所述第二悬置光子晶体固定于悬置检测质量块。
16.可选地，所述第一渐变部在y方向上的宽度沿x方向非线性增大，所述第二渐变部在y方向上的宽度沿x方向非线性减小。
17.可选地，所述第一渐变部沿xy平面的剖面远离所述中间部的一侧的边缘线呈内凹抛物线型，所述第二渐变部沿xy平面的剖面远离所述中间部的一侧的边缘线呈内凹抛物线型。
18.可选地，所述连接部在x方向上的最大长度范围是4微米-10微米，所述中间部在y方向上的宽度范围是2微米-5微米。
19.可选地，所述第一渐变部在x方向上的最大长度范围是1微米-1.5微米，所述第二渐变部在x方向上的最大长度的范围是1微米-1.5微米。
20.可选地，一所述支撑系绳组包括3-7条在x方向上等间距排列的所述第一支撑系绳及3-7条在x方向上等间距排列的所述第二支撑系绳，所述第一支撑系绳在x方向上的宽度范围是150纳米-250纳米，相邻两条所述第一支撑系绳之间的间隙宽度范围是0.4微米-1微米；所述第二支撑系绳在x方向上的宽度范围是150纳米-250纳米，相邻两条所述二支撑系绳之间的间隙宽度范围是0.4微米-1微米。
21.可选地，所述悬浮光学机械系统包括至少一对所述连接部，同一对里的两个所述连接部关于所述光学腔体的y方向中心轴左右对称。
22.可选地，所述悬浮光学机械系统包括至少两对所述连接部，远离所述光学腔体的y方向中心轴的所述连接部在x方向上的最大长度小于靠近所述光学腔体的y方向中心轴的所述连接部在x方向上的最大长度。
23.可选地，所述悬浮光学机械系统还包括第二衬底块、第三衬底块、多条第一系绳及多条第二系绳，所述第二衬底块、所述第一系绳、所述悬置检测质量块、所述第二系绳及所述第三衬底块在x方向上依次设置，所述第一系绳的x方向两端分别与所述第二衬底块及所
述悬置检测质量块连接，所述第二系绳的x方向两端分别与所述悬置检测质量块及所述第三衬底块连接。
24.可选地，所述悬置支撑梁的x方向两端分别与所述第二衬底块及所述第三衬底块连接。
25.可选地，所述悬浮光学机械系统包括支撑层及位于所述支撑层上的功能层，所述悬置波导、所述悬置支撑梁、所述支撑系绳组、所述悬置检测质量块及所述光学腔体均基于所述功能层形成，所述第一衬底块基于所述支撑层及所述功能层形成。
26.可选地，所述功能层包括氮化硅层。
27.可选地，所述悬浮光学机械系统应用于陀螺仪或加速度计。
28.可选地，所述光学腔体包括缺陷区域及镜子区域，所述镜子区域分布于所述缺陷区域的x方向两侧，或者所述镜子区域分布于所述缺陷区域的x方向两侧与y方向两侧。
29.如上所述，本发明的悬浮光学机械系统采用了悬置波导，可以增强波导与周围环境之间的折射率对比，从而增加有效折射率，并消除光场从波导到衬底材料的模式泄漏损耗。悬置波导通过多个支撑系绳组悬挂，其中，悬置波导包括直线型主体部及位于直线型主体部y方向一侧的多个连接部，支撑系绳组连接于悬置波导具有连接部的区段。连接部的存在一方面扩大了悬置波导在此处的宽度，可以使得在悬置波导中的光学模式能够被很好地限制在波导内部，从而减少由支撑系绳引起的损耗，将支撑系绳引起的对光学模式的影响降到最小，另一方面可以增加支撑系绳与悬置波导连接的稳定性。再者，连接部包括沿x方向依次连接的第一渐变部、中间部及第二渐变部，渐变部在y方向上的宽度沿x方向的渐变趋势为非线性变化，渐变部的存在一方面使得悬置波导具有连接部的区段两端的宽度与悬置波导的直线型主体部的宽度一致，从而确保在光场传输过程中模式的单一性，另一方面减缓了悬置波导宽度的变化趋势，有利于降低散射损耗并进一步增加器件的品质因数，为光学仪器中的光学输入/输出的设计提供更大的灵活性。此外，多个连接部仅位于直线型主体部的单侧，可以保证悬置波导与光学腔体之间的间隙宽度在x方向上保持不变，从而确保最佳耦合效率。
附图说明
30.图1显示为本发明的悬浮光学机械系统于一具体实施例中的xy平面结构示意图。
31.图2显示为悬置波导(局部)与基板的相对位置示意图。
32.图3显示为悬置波导具有连接部的区段及其附近区域的放大结构示意图。
33.元件标号说明
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第一衬底块
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悬置波导
[0036]
201
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直线型主体部
[0037]
202
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连接部
[0038]
202a
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第一渐变部
[0039]
202b
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中间部
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202c
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第二渐变部
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悬置支撑梁
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支撑系绳组
[0043]
401
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第一支撑系绳
[0044]
402
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第二支撑系绳
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悬置检测质量块
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光学腔体
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601
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第一悬置光子晶体
[0048]
602
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第二悬置光子晶体
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第二衬底块
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第三衬底块
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第一系绳
[0052]
10
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第二系绳
[0053]
11
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基板
[0054]
m缺陷区域
具体实施方式
[0055]
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0056]
请参阅图1至图3。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0057]
本实施例中提供一种悬浮光学机械系统，请参阅图1，显示为该悬浮光学机械系统的xy平面结构示意图，包括第一衬底块1、悬置波导2、悬置支撑梁3、多个支撑系绳组4、悬置检测质量块5及光学腔体6，其中，所述悬置波导2位于所述第一衬底块1的y方向一侧并与所述第一衬底块1间隔设置，所述悬置波导2包括一沿x方向延伸的直线型主体部201及多个沿x方向依次且间隔排列的连接部202，所述连接部202位于所述直线型主体部201朝向所述第一衬底块1的一侧并与所述直线型主体部201连接，所述连接部202包括沿x方向依次连接的第一渐变部202a、中间部202b及第二渐变部202c，所述第一渐变部202a在y方向上的宽度沿x方向逐渐增大，所述中间部202b为直线型，所述第二渐变部202c在y方向上的宽度沿x方向逐渐减小，所述x方向垂直于所述y方向；所述悬置支撑梁3位于所述悬置波导2远离所述第一衬底块1的一侧并与所述悬置波导2间隔设置；多个所述支撑系绳组4与多个所述连接部202一一对应，所述支撑系绳组4包括分布于所述中间部202b的y方向一侧的多条第一支撑系绳401及y方向另一侧的多条第二支撑系绳402，所述第一支撑系绳401的y方向两端分别固定于所述第一衬底块1与所述中间部202b，所述第二支撑系绳402的y方向两端分别固定于所述直线型主体部201与所述悬置支撑梁3；所述悬置检测质量块5位于所述悬置支撑梁3远离所述悬置波导2的一侧并与所述悬置支撑梁3间隔设置；所述光学腔体6位于所述悬置支撑梁3与所述悬置检测质量块5之间，所述光学腔体6包括在y方向上间隔设置的第一悬置
光子晶体601与第二悬置光子晶体602，所述第一悬置光子晶体601固定于所述悬置支撑梁3，所述第二悬置光子晶体602固定于悬置检测质量块5。
[0058]
请参阅图2，显示为所述悬置波导2(局部)与基板11的相对位置示意图，其中，所述悬置波导2不与所述基板11接触，即所述悬置波导2呈悬浮状态，进而能够避免由光在传输过程中从所述悬置波导2到所述基板11的光能泄漏引起的耗散损耗。
[0059]
本实施例中，所述悬浮光学机械系统还包括第二衬底块7、第三衬底块8、多条第一系绳9及多条第二系绳10，所述第二衬底块7、所述第一系绳9、所述悬置检测质量块5、所述第二系绳10及所述第三衬底块8在x方向上依次设置，所述第一系绳9的x方向两端分别与所述第二衬底块7及所述悬置检测质量块5连接，所述第二系绳9的x方向两端分别与所述悬置检测质量块5及所述第三衬底块8连接。也就是说，所述悬置检测质量块5通过分布于其x方向两侧的所述第一系绳9与所述第二系绳10悬挂。
[0060]
作为示例，所述悬置支撑梁3的x方向两端分别与所述第二衬底块7及所述第三衬底块8连接，通过所述第二衬底块7及所述第三衬底块8实现对所述悬置支撑梁3的支撑。
[0061]
作为示例，所述悬浮光学机械系统包括支撑层及位于所述支撑层上的功能层，所述悬置波导2、所述悬置支撑梁3、所述支撑系绳组4、所述悬置检测质量块5、所述光学腔体6、所述第一系绳9及所述第二系绳10均基于所述功能层形成，所述第一衬底块1、第二衬底块7及第三衬底块8均基于所述支撑层及所述功能层形成，其中，所述悬置波导2下方的支撑层厚度的厚度小于所述第一衬底块1、第二衬底块7及第三衬底块8下方的支撑层厚度以保证所述悬置支撑梁3的悬浮状态，前述基板11(见图2)可看作是所述支撑层的一部分。
[0062]
作为示例，所述悬浮光学机械系统可以是基于氮化硅/硅平台建立，也就是说，所述支撑层包括硅层，所述功能层包括氮化硅层。
[0063]
作为示例，所述悬浮光学机械系统也可以是基于绝缘体上硅(soi)平台建立，此时，所述支撑层包括硅基底层及位于所述硅基底层上的氧化硅层，所述功能层包括硅顶层。
[0064]
本实施例的悬浮光学机械系统中，所述光学腔体6的光波输入和输出是通过所述悬置波导2耦合来实现的，其中，所述悬置波导2放置在所述光学腔体6的近场中，所述光学腔体6内的光学模式耦合进所述悬置波导2中并传输。
[0065]
作为示例，所述光学腔体6包括缺陷区域m及镜子区域，所述镜子区域分布于所述缺陷区域m的x方向两侧以实现在x方向上对光场进行限制。本实施例中，所述镜子区域还分布于所述缺陷区域m的y方向两侧，从而实现在x方向和y方向上均对光场进行限制。
[0066]
作为示例，组成所述光学腔体6的所述第一悬置光子晶体601与所述第二悬置光子晶体602中均具有多个空气孔，所述空气孔的形状可以是椭圆形或其它合适的形状，相邻两个空气孔之间的距离为晶格周期，其中，所述缺陷区域m可以通过规律性地改变空气孔的结构来实现，如改变空气孔的晶格周期和孔径尺寸，而对于所述镜子区域，则由孔径尺寸和晶格周期完全相同的空气孔组成。本实施例中，所述第一悬置光子晶体601与所述第二悬置光子晶体602均包括三行圆形空气孔，其中，行方向为x方向，位于所述缺陷区域m且在x方向排列的多个空气孔的尺寸构成等差数列，由左右两边向中间逐渐缩小(也可以逐渐增大)，位于所述镜子区域的多个空气孔的尺寸相同，所述第一悬置光子晶体601的多个所述空气孔呈三角形阵列排布，即相邻两行空气孔交错分布，同时，除了左右两侧最边缘的空气孔外，每个空气孔与相邻一行最近的两个空气孔构成等边三角形，所述第二悬置光子晶体602的
空气孔排布方式与所述第一悬置光子晶体601的空气孔排布方式基本相同，且所述第一悬置光子晶体601中的最靠近间隙的那行空气孔与所述第一悬置光子晶体601中的最靠近间隙的那行空气孔关于x轴对称分布。
[0067]
需要指出的是，基于不同器件的需求，所述第一悬置光子晶体601与所述第二悬置光子晶体602中空气孔的具体排布方式可灵活调整，此处不做特别限制。
[0068]
本实施例的悬浮光学机械系统可以应用于陀螺仪、加速度计或其它惯性测量单元，下面以加速度计为例说明本实施例的悬浮光学机械系统的检测原理：当悬浮光学机械系统受到y方向上的力，所述悬置检测质量块5将在y方向上发生位移，并进一步造成所述光学腔体6的尺寸变化(所述第一悬置光子晶体601与所述第二悬置光子晶体602之间的间隙宽度的变化)，而所述光学腔体6的谐振频率会随着所述光学腔体6尺寸的改变而变化，进一步反映出所述悬置检测质量块5位移幅度的变化。所述悬置波导2利用倏逝场与所述光学腔体6相耦合，所述光学腔体6中模式的改变会进一步引起所述悬置波导2中传输模式的变化，并传输到检测端，当检测端接收到这种模式变化(比如波长信息)，会进一步反映出所述悬置检测质量块5的加速度。
[0069]
具体的，本实施例的悬浮光学机械系统采用了所述支撑系绳组4是为了将所述悬置波导2固定到所述第一衬底块1和所述悬置支撑梁3。研究表明，在采用未设置所述连接部202的悬置波导的悬浮光学机械系统中，支撑系绳会造成额外的损耗，并降低装置的光学品质因数，而本实施例采用设置了所述连接部202的所述悬置波导2的悬浮光学机械系统可以明显改善光传输效率，提升装置的光学品质因数，原因在于所述悬置波导2具有所述连接部202的区段具有更大的宽度，使得在所述悬置波导2中的光学模式可以被很好地限制在波导内部，从而减少由支撑系绳引起的损耗，将支撑系绳引起的对光学模式的影响降到最小。此外，所述连接部202的存在还增加了支撑系绳与悬所述悬置波导2连接的稳定性。
[0070]
具体的，请参阅图3，显示为所述悬置波导2具有所述连接部202的区段及其附近区域的放大结构示意图，其中，所述连接部202的所述第一渐变部202a朝向所述中间部202b的一端的宽度w1与所述中间部202b的宽度w2相同，所述第一渐变部202a远离所述中间部202b的一端的宽度为0，第二渐变部202c朝向所述中间部202b的一端的宽度w3与所述中间部202b的宽度w2相同，所述第二渐变部202c远离所述中间部202b的一端的宽度为0。
[0071]
换句话说，所述悬置波导2具有所述连接部202的区段的两端宽度均与所述直线型主体部201的宽度w0相同，即扩大的波导区域逐渐拉锥直到波导宽度变回为其原始宽度，从而可以确保有且仅有单个光学模式在所述悬置波导2内部传输。
[0072]
另外，所述第一渐变部202a与所述第二渐变部202c的存在减缓了所述悬置波导2宽度的变化趋势，有利于降低散射损耗并进一步增加器件的品质因数，为光学仪器中的光学输入/输出的设计提供更大的灵活性。
[0073]
作为示例，所述第一渐变部202a在y方向上的宽度沿x方向的渐变趋势为非线性增大，所述第二渐变部202c在y方向上的宽度沿x方向的渐变趋势为非线性减小。
[0074]
优选地，所述第一渐变部202a与所述第二渐变部202c在y方向上的宽度渐变规律为二次函数非线性渐变，本实施例中，所述第一渐变部202a沿xy平面的剖面远离所述中间部202b的一侧的边缘线呈内凹抛物线型，所述第二渐变部202c沿xy平面的剖面远离所述中间部202b的一侧的边缘线呈内凹抛物线型。相比于使用直线拉锥的方式来改变波导尺寸，
使用抛物线拉锥可以在保证传输效率的同时使得连接部的尺寸更小，可以使得器件更为紧凑，有利于系统的微小化和集成化。
[0075]
此外，所述悬置波导2的多个所述连接部202均位于所述直线型主体部201的单侧(远离所述光学腔体6的一侧)，使得所述悬置波导2关于其延伸方向非对称，这样的非对称结构可以保证所述悬置波导2与所述光学腔体6之间的间隙宽度在x方向上保持不变，从而确保最佳耦合效率。
[0076]
需要指出的是，所述悬置波导2的所述连接部202减少了由支撑系绳引起的损耗，提高了所述悬置波导2的传输效率，且传输效率随着所述连接部202的宽度和长度的增加而增加。本实施例中为了平衡传输效率和单模传输的要求，将所述连接部202在x方向上的最大长度l1限制在4微米-10微米范围内，将所述中间部202b在y方向上的宽度w2限制在2微米-5微米范围内，将所述第一渐变部202a在x方向上的最大长度l2限制在1微米-1.5微米范围内，将所述第二渐变部202c在x方向上的最大长度l3限制在1微米-1.5微米范围内以减少散射损耗。
[0077]
进一步地，本技术的发明人还对支撑系绳的性质，包括支撑系绳的宽度、间距和数量对传输效率的影响进行了深入研究。研究表明，光在所述悬置波导2中的传输效率随着支撑系绳的数量和宽度的增加而降低，并且相邻两条支撑系绳之间的间距的增加也会使传输效率降低。通过对机械强度和传输效率的平衡考量，本实施例中优选为将每一所述支撑系绳组4设置为包括3-7条在x方向上等间距排列的所述第一支撑系绳401及3-7条在x方向上等间距排列的所述第二支撑系绳402，并将所述第一支撑系绳401在x方向上的宽度w4限制在150纳米-250纳米范围内，将相邻两条所述第一支撑系绳401之间的间隙宽度g1限制在0.4微米-1微米范围内；将所述第二支撑系绳402在x方向上的宽度w5限制在150纳米-250纳米范围内，将相邻两条所述二支撑系绳402之间的间隙宽度g2限制在0.4微米-1微米范围内。
[0078]
具体的，所述支撑系绳组4的具体数量由芯片设计决定，比如所述悬置波导2的长度，其中，所述悬置波导2的长度越长，所需的支撑系绳组的数量也越多。所述连接部202的数量与所述支撑系绳组4的数量相对应，即每一所述支撑系绳组4对应连接一个所述连接部202。
[0079]
作为示例，所述悬浮光学机械系统包括至少一对所述连接部202，同一对里的两个所述连接部202关于所述光学腔体6的y方向中心轴左右对称。本实施例中，所述悬浮光学机械系统包括两对所述连接部202(即四个所述连接部202)，其中，远离所述光学腔体6的y方向中心轴的所述连接部202在x方向上的最大长度小于靠近所述光学腔体的y方向中心轴的所述连接部202在x方向上的最大长度。
[0080]
具体的，靠近所述光学腔体6的连接部(即x方向第二个及第三个连接部)的总体长度长于远离所述光学腔体6的连接部(即x方向第一个及第四个连接部)的总体长度是为了提高结构的稳定性。优选地，靠近所述光学腔体6的连接部的渐变区域长度与远离所述光学腔体6的连接部的渐变区域长度相同，仅中间区域长度不同，例如远离所述光学腔体6的连接部的中间区域的宽度范围2微米-6微米，靠近所述光学腔体6的连接部的中间区域的宽度范围3微米-7微米，靠近所述光学腔体6的连接部的总体长度范围是6微米-10微米。
[0081]
综上所述，本发明的悬浮光学机械系统采用了悬置波导，可以增强波导与周围环
境之间的折射率对比，从而增加有效折射率，并消除光场从波导到衬底材料的模式泄漏损耗。悬置波导通过多个支撑系绳组悬挂，其中，悬置波导包括直线型主体部及位于直线型主体部y方向一侧的多个连接部，支撑系绳组连接于悬置波导具有连接部的区段。连接部的存在一方面扩大了悬置波导在此处的宽度，可以使得在悬置波导中的光学模式能够被很好地限制在波导内部，从而减少由支撑系绳引起的损耗，将支撑系绳引起的对光学模式的影响降到最小，另一方面可以增加支撑系绳与悬置波导连接的稳定性。再者，连接部包括沿x方向依次连接的第一渐变部、中间部及第二渐变部，渐变部在y方向上的宽度沿x方向的渐变趋势为非线性变化，渐变部的存在一方面使得悬置波导具有连接部的区段两端的宽度与悬置波导的直线型主体部的宽度一致，从而确保在光场传输过程中模式的单一性，另一方面减缓了悬置波导宽度的变化趋势，有利于降低散射损耗并进一步增加器件的品质因数，为光学仪器中的光学输入/输出的设计提供更大的灵活性。此外，多个连接部仅位于直线型主体部的单侧，可以保证悬置波导与光学腔体之间的间隙宽度在x方向上保持不变，从而确保最佳耦合效率。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0082]
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

技术特征：
1.一种悬浮光学机械系统，其特征在于，包括：第一衬底块；悬置波导，位于所述第一衬底块的y方向一侧并与所述第一衬底块间隔设置，所述悬置波导包括一沿x方向延伸的直线型主体部及多个沿x方向依次且间隔排列的连接部，所述连接部位于所述直线型主体部朝向所述第一衬底块的一侧并与所述直线型主体部连接，所述连接部包括沿x方向依次连接的第一渐变部、中间部及第二渐变部，所述第一渐变部在y方向上的宽度沿x方向逐渐增大，所述中间部为直线型，所述第二渐变部在y方向上的宽度沿x方向逐渐减小，所述x方向垂直于所述y方向；悬置支撑梁，位于所述悬置波导远离所述第一衬底块的一侧并与所述悬置波导间隔设置；多个支撑系绳组，与多个所述连接部一一对应，所述支撑系绳组包括分布于所述中间部y方向一侧的多条第一支撑系绳及y方向另一侧的多条第二支撑系绳，所述第一支撑系绳的y方向两端分别固定于所述第一衬底块与所述中间部，所述第二支撑系绳的y方向两端分别固定于所述直线型主体部与所述悬置支撑梁；悬置检测质量块，位于所述悬置支撑梁远离所述悬置波导的一侧并与所述悬置支撑梁间隔设置；光学腔体，位于所述悬置支撑梁与所述悬置检测质量块之间，所述光学腔体包括在y方向上间隔设置的第一悬置光子晶体与第二悬置光子晶体，所述第一悬置光子晶体固定于所述悬置支撑梁，所述第二悬置光子晶体固定于悬置检测质量块。2.根据权利要求1所述的悬浮光学机械系统，其特征在于：所述第一渐变部在y方向上的宽度沿x方向非线性增大，所述第二渐变部在y方向上的宽度沿x方向非线性减小。3.根据权利要求2所述的悬浮光学机械系统，其特征在于：所述第一渐变部沿xy平面的剖面远离所述中间部的一侧的边缘线呈内凹抛物线型，所述第二渐变部沿xy平面的剖面远离所述中间部的一侧的边缘线呈内凹抛物线型。4.根据权利要求1所述的悬浮光学机械系统，其特征在于：所述连接部在x方向上的最大长度范围是4微米-10微米，所述中间部在y方向上的宽度范围是2微米-5微米。5.根据权利要求4所述的悬浮光学机械系统，其特征在于：所述第一渐变部在x方向上的最大长度范围是1微米-1.5微米，所述第二渐变部在x方向上的最大长度范围是1微米-1.5微米。6.根据权利要求1所述的悬浮光学机械系统，其特征在于：一所述支撑系绳组包括3-7条在x方向上等间距排列的所述第一支撑系绳及3-7条在x方向上等间距排列的所述第二支撑系绳，所述第一支撑系绳在x方向上的宽度范围是150纳米-250纳米，相邻两条所述第一支撑系绳之间的间隙宽度范围是0.4微米-1微米；所述第二支撑系绳在x方向上的宽度范围是150纳米-250纳米，相邻两条所述二支撑系绳之间的间隙宽度范围是0.4微米-1微米。7.根据权利要求1所述的悬浮光学机械系统，其特征在于：所述悬浮光学机械系统包括至少一对所述连接部，同一对里的两个所述连接部关于所述光学腔体的y方向中心轴左右对称。8.根据权利要求7所述的悬浮光学机械系统，其特征在于：所述悬浮光学机械系统包括至少两对所述连接部，远离所述光学腔体的y方向中心轴的所述连接部在x方向上的最大长
度小于靠近所述光学腔体的y方向中心轴的所述连接部在x方向上的最大长度。9.根据权利要求1所述的悬浮光学机械系统，其特征在于：所述悬浮光学机械系统还包括第二衬底块、第三衬底块、多条第一系绳及多条第二系绳，所述第二衬底块、所述第一系绳、所述悬置检测质量块、所述第二系绳及所述第三衬底块在x方向上依次设置，所述第一系绳的x方向两端分别与所述第二衬底块及所述悬置检测质量块连接，所述第二系绳的x方向两端分别与所述悬置检测质量块及所述第三衬底块连接。10.根据权利要求9所述的悬浮光学机械系统，其特征在于：所述悬置支撑梁的x方向两端分别与所述第二衬底块及所述第三衬底块连接。11.根据权利要求1所述的悬浮光学机械系统，其特征在于：所述悬浮光学机械系统包括支撑层及位于所述支撑层上的功能层，所述悬置波导、所述悬置支撑梁、所述支撑系绳组、所述悬置检测质量块及所述光学腔体均基于所述功能层形成，所述第一衬底块基于所述支撑层及所述功能层形成。12.根据权利要求11所述的悬浮光学机械系统，其特征在于：所述功能层包括氮化硅层。13.根据权利要求1所述的悬浮光学机械系统，其特征在于：所述悬浮光学机械系统应用于陀螺仪或加速度计。14.根据权利要求1所述的悬浮光学机械系统，其特征在于：所述光学腔体包括缺陷区域及镜子区域，所述镜子区域分布于所述缺陷区域的x方向两侧，或者所述镜子区域分布于所述缺陷区域的x方向两侧与y方向两侧。

技术总结
本发明提供一种悬浮光学机械系统，包括第一衬底块、悬置波导、悬置支撑梁、多个支撑系绳组、悬置检测质量块及光学腔体，其中，悬置波导包括一沿X方向延伸的直线型主体部及多个沿X方向依次且间隔排列的连接部，支撑系绳组连接于悬置波导具有连接部的区段，增加了支撑系绳与悬置波导连接的稳定性，且连接部扩大了悬置波导在此处的宽度，使光学模式能被很好地限制在波导内部，从而将支撑系绳引起的对光学模式的影响降到最小。连接部的渐变部分确保了光场传输过程中模式的单一性，并减缓了悬置波导宽度的变化趋势，有利于降低散射损耗并进一步增加品质因数。单侧设置的连接部可以保证悬置波导与光学腔体之间的间隙宽度不变，从而确保最佳耦合效率。佳耦合效率。佳耦合效率。


技术研发人员：王晨璐 张洪波 任恒江 罗杰
受保护的技术使用者：意子科技私人投资有限公司
技术研发日：2023.03.16
技术公布日：2023/10/6