低周波音響波センシングのためのマイクロマシン加工された外部ファブリー・ペロ共振器

Micromachined extrinsic Fabry-Pérot cavity for low-frequency acoustic wave sensing.

• Xin Fu
• Ping Lu
• Jin Zhang
• Zhiyuan Qu
• Wanjin Zhang
• Yujian Li
• Peng Hu
• Wei Yan
• Wenjun Ni
• Deming Liu
• Jiangshan Zhang

抄録

本研究では、外部ファブリ・ペロ干渉計（EFPI）空洞をベースとした低周波音響センサ構造を実証する。この空洞は、マイクロマシニング技術を用いて、側面長さ4mm、厚さ400μmの正方形シリコン基板に形成されており、相対的にコンパクトなサイズのセンサとなっている。リードインファイバーの組み立て工程では、D型セラミックフェルールを設計してオープンキャビティ構造を実現し、キャビティ内外の環境圧力のバランスをとることができます。実験的に、0.1 Hzから250 Hzまでの低周波音響波に対するセンサの応答を測定し、実証しました。0.5 Hzから250 Hzの間では、0.8 dBの感度変動を持つフラットな応答領域を実現しています。また、25MPaの耐圧試験を実施し、開放空洞構造の機能を実証した。

In this work we demonstrate a low-frequency acoustic sensor structure based on extrinsic Fabry-Pérot interferometer (EFPI) cavity. The cavity is fabricated through micromachining techniques in a square silicon substrate with 4 mm side length and 400 μm thickness, which gives the sensor relative compact size. In the assembling process of the lead-in fiber, a D-shaped ceramic ferrule is designed to achieve the open cavity structure, which can balance the environmental pressure inside and outside the cavity and thus giving the sensor potentials of resisting strong pressure variations in some harsh application environments. Experimentally, sensor response to low-frequency acoustic waves from 0.1 Hz to 250 Hz is measured and demonstrated. A flat response region between 0.5 Hz to 250 Hz with sensitivity fluctuation of 0.8 dB is realized. Pressure resistant test of 25 MPa is also conducted on the sensor and exhibited to prove the function of the open cavity structure.