OPTOMECHANICAL ACCELEROMETER

• Main Authors: WINGER, MARTIN, LIN, QIANG, KRAUSE, ALEXANDER, PAINTER, OSKAR, BLASIUS, TIM, D
• Format: Patent
• Language: English; French
• Published: 06.09.2013
• Subjects: BASIC ELECTRIC ELEMENTS; ELECTRIC SOLID STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ELECTRICITY; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT; INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIRCHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC ORINFRASONIC WAVES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MEASURING; MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION,OR SHOCK; MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICALDEVICES; MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY; NANOTECHNOLOGY; PERFORMING OPERATIONS; PHYSICS; PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTUREOR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS; SEMICONDUCTOR DEVICES; SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; TESTING; TRANSPORTING

Technologies are generally described for operating and manufacturing optomechanical accelerometers. In some examples, an optomechanical accelerometer device is described that uses a cavity resonant displacement sensor based on a zipper photonic crystal nano-eavity to measure the displacement, of an integrated test mass generated by acceleration applied to the chip. The cavity-resonant sensor may he folly integrated on-chip and exhibit an enhanced displacement resolution due to its strong optomechanical, coupling. The accelerometer structure may be fabricated in a silicon nitride thin film and constitute a rectangular test mass flexibly suspended on high aspect ratio inorganic nitride nano-tethers under high tensile stress. By increasing the mechanical Q-factors through adjustment of tether width and tether length, the noise-equivalent acceleration (NBA) may be reduced, while maintaining a large operation bandwidth. The mechanical Q-factor may be improved with thinner (e.g., <1 micron) and longer tethers (e.g., 10-560 microns). La présente invention porte sur des technologies qui permettent de faire fonctionner et de fabriquer des accéléromètres optico-mécaniques. Selon certains exemples, la présente invention porte sur un dispositif d'accéléromètre optico-mécanique qui utilise un capteur de déplacement de résonance de la cavité fondé sur une nano-cavité de cristal photonique de glisseur pour mesurer le déplacement d'une masse d'essai intégrée, généré par une accélération appliquée à la puce. Le capteur de résonance de la cavité peut être totalement intégré sur puce et peut présenter une résolution de déplacement améliorée due à son couplage optico-mécanique fort. La structure d'accéléromètre peut être fabriquée sur une couche mince de nitrure de silicium et peut constituer une masse d'essai rectangulaire, suspendue de manière souple sur des nano-attaches de nitrure inorganiques de facteur de forme élevé sous une contrainte de traction élevée. Par augmentation des facteurs de qualité mécaniques à travers un réglage de la largeur et de la longueur des attaches, l'accélération équivalente au bruit (NBA) peut être réduite, tout en maintenant une largeur de bande de fonctionnement large. Le facteur de qualité mécanique peut être amélioré à l'aide des attaches plus minces (par exemple < 1 micromètre) et plus longues (par exemple 10 à 560 micromètres).