本发明涉及硅基光学温度传感器，具体地，涉及一种硅基光学微环温度传感器及其制备方法、封装结构和方法。
背景技术：
1、随着科技的不断进步，人工智能、航空航天、量子器件等高尖端领域对低温下温度传感提出了新的需求。光学式温度传感器由于其相对传统电阻式温度传感器有着高品质因子、抗电磁干扰的巨大优势，得到了广泛应用。在光学传感中，目前也存在着多种传感形式，譬如布拉格光栅式、马赫-曾德尔式、微环谐振式、微盘谐振式等。微环谐振式温度传感器由于其高灵敏、小的模式体积、可与cmos工艺兼容，得到了广泛的发展。
2、通过针对现有技术的检索发现：
3、中国厦门大学电子科学与工程学院jiahua yang等人在journal of lightwavetechnology，2022，16上撰文“ultrasensitive cryogenic temperature sensor based onametalized optical fiber fabry-perot interferometer”，其利用铜材料的高热膨胀系数弥补传统光纤式低温温度传感器在50k以下的灵敏度下降的问题，实现了在深低温温度下的传感检测。但光纤式温度传感器很脆弱，无法集成，而且容易受到其他因素(如应变)的影响，会给温度检测带来不确定性。
4、美国马里兰大学帕克分校联合量子研究所haitan xu等人在optics express，2014，3上撰文“ultra-sensitive chip-based photonic temperature sensor usingring resonator structures”，其展示了温度灵敏度达77pm/k的硅基微环谐振式温度传感器，通过利用不同的监测模式，实现了80μk的低噪声极限。但其温度检测区间限制在室温范围，无法满足低温检测的需求。
5、中国上海交通大学电子信息与电气工程学院minmin you等人在journal oflightwave technology，2020，38上撰文“chip-scale silicon ring resonators forcryogenic temperature sensing”，其展示了温度灵敏度达63.9pm/k的硅基微环谐振式温度传感器，将传感温区首次拓展至180k的低温区，并且借助理论仿真证明了硅基微环可用于深低温温度检测。但是该工作温度传感区间依然有限，无法满足深低温温度检测的需要。
6、综上所述，微环谐振式温度传感器利用谐振波长对温度的依赖性，具有高灵敏、体积小、抗电磁干扰等优势。但现有的微环谐振式温度传感器无法实现深低温环境下光信号有效输入输出，无法满足深低温温度检测的需求。因此亟需提出一种高灵敏且可用于深低温温度检测的光学谐振式温度传感器。
技术实现思路
1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种硅基光学微环温度传感器及其制备方法、封装结构和方法。
2、根据本发明的第一方面，提供一种硅基光学微环温度传感器，包括：
3、基片；
4、光学谐振微环波导，形成于所述基片上方的中部；
5、模斑转换波导，包括分别形成于所述基片上方两端的第一模斑转换波导和第二模斑转换波导，所述第一模斑转换波导作为光信号输入波导，所述第二模斑转换波导作为光信号输出波导；
6、光信号传输直波导，位于所述第一模斑转换波导和所述第二模斑转换波导之间，并与所述光学谐振微环波导耦合；
7、氧化硅层，位于所述传感器的顶部。
8、可选的，所述模斑转换波导采用锥形渐变结构，所述第一模斑转换波导的宽度由窄波导逐渐拓宽至与所述光信号传输直波导的宽度相匹配；所述第二模斑转换波导的宽度由与所述光信号传输直波导宽度尺寸相匹配的宽波导逐渐变窄。
9、可选的，所述模斑转换波导端面最窄处的宽度为60nm～80nm，长度大于200μm。
10、可选的，所述光信号传输直波导和所述光学谐振微环波导的宽度相同，均为450nm～500nm，所述光学谐振微环波导与所述光信号传输直波导的耦合间隙为120～150nm。
11、根据本发明的第二方面，提供一种上述的硅基光学微环温度传感器的制备方法，所述方法包括：
12、提供基片；
13、于所述基片上旋涂光刻胶后，利用电子束直写光刻、显影后形成图案化光刻胶，然后利用等离子深硅刻蚀将没有光刻胶保护的区域进行硅刻蚀，形成光学谐振微环波导、模斑转换波导和光信号传输直波导；
14、去除光刻胶；
15、在器件表面沉积氧化硅，形成氧化硅层，得到硅基光学微环温度传感器。
16、根据本发明的第三方面，提供一种上述的硅基光学微环温度传感器的封装结构，所述封装结构包括：
17、导温铜板，所述硅基光学微环温度传感器粘结于所述导温铜板上方；
18、第一支撑结构和第二支撑结构，固定于所述导温铜板上，且分别位于所述硅基光学微环温度传感器的两端；
19、第一盖板光纤，粘接于所述第一支撑结构上方；所述第一盖板光纤具有第一光纤，所述第一光纤对准所述第一模斑转换波导；
20、第二盖板光纤，粘接于所述第二支撑结构上方，所述第二盖板光纤具有第二光纤，所述第二光纤对准所述第二模斑转换波导。
21、可选的，所述封装结构具有以下至少一种技术特征：
22、-所述第一支撑结构和所述第二支撑结构采用光敏树脂材料形成；
23、-所述第一支撑结构和所述第二支撑结构通过3d打印技术制作；
24、-所述第一支撑结构和所述第二支撑结构均具有空腔。
25、可选的，所述第一盖板光纤还包括第一上盖板和第一下盖板，所述第一上盖板和所述第一下盖板之间形成第一光纤槽，所述第一光纤夹持于所述第一光纤槽内；
26、所述第二盖板光纤还包括第二上盖板和第二下盖板，所述第二上盖板和所述第二下盖板之间形成第二光纤槽，所述第二光纤夹持于第二光纤槽内。
27、可选的，所述导温铜板与所述第一支撑结构和所述第二支撑结构采用低温胶或机械连接结构连接。
28、根据本发明的第四方面，提供一种上述的硅基光学微环温度传感器的封装方法，所述方法包括：
29、提供导温铜板，将硅基光学微环温度传感器粘接于所述导温铜板表面，将第一支撑结构和第二支撑结构固定于所述导温铜板表面，将所述导温铜板固定于三维位移平台；
30、提供第一盖板光纤和第二盖板光纤；
31、熔化固定于所述三维位移平台上部的石蜡，将所述第一盖板光纤和所述第二盖板光纤分别黏附于两侧三维位移平台上部的石蜡；
32、调节两侧三维位移平台位置，使得第一光纤对准光信号输入波导，第二光纤对准光信号输出波导，向所述第一光纤和所述第二光纤加入激光，调节三维位移平台，初步实现光信号的输入和输出；
33、向所述第一光纤加入激光信号，将所述第二光纤连接光功率计，通过调节所述三维位移平台，确定所述第一光纤与所述光信号输入波导、所述第二光纤与所述光信号输出波导的最佳耦合位置，在所述最佳耦合位置所述光功率计的输出功率最大；
34、将所述第一盖板光纤与所述第一支撑结构、所述第二盖板光纤与所述第二支撑结构分别粘接，实现传感器的封装。
35、与现有技术相比，本发明具有如下至少之一的有益效果：
36、1、本发明提供的传感器，当外界温度变化时，热光效应会导致基片上波导材料的折射率发生变化，热膨胀效应导致光学谐振微环波导结构尺寸发生变化，二者引起谐振谱峰的移动，从而实现对温度的检测，理论研究及仿真计算表明其可实现从20k到300k宽温区的温度检测。
37、2、本发明提供的硅基光学微环温度传感器的制备方法，与传统互补金属氧化物半导体(cmos)工艺兼容，工艺成熟，可以大规模量产，并有利于与其它传感器等器件的集成。
38、3、本发明提供的硅基光学微环温度传感器的封装结构和方法，以硅基微环谐振腔为基础，采用端面耦合方式封装，以导温铜板为基底，增加支撑结构，将传统端面耦合封装中盖板光纤与导温结构的直接粘接改善为盖板光纤与辅助支撑结构的粘接，支撑结构再与导温结构粘接，通过将用于光信号传输的盖板光纤固定于支撑结构，降低温度变化对封装结构带来的影响，提升传感器的可靠性，从而实现硅基微环谐振腔式温度传感器的深低温检测。
1.一种硅基光学微环温度传感器，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的硅基光学微环温度传感器，其特征在于，所述模斑转换波导采用锥形渐变结构，所述第一模斑转换波导的宽度由窄波导逐渐拓宽至与所述光信号传输直波导的宽度相匹配；所述第二模斑转换波导的宽度由与所述光信号传输直波导宽度尺寸相匹配的宽波导逐渐变窄。
3.根据权利要求1所述的硅基光学微环温度传感器，其特征在于，所述模斑转换波导端面最窄处的宽度为60nm～80nm，长度大于200μm。
4.根据权利要求1所述的硅基光学微环温度传感器，其特征在于，所述光信号传输直波导和所述光学谐振微环波导的宽度相同，均为450nm～500nm，所述光学谐振微环波导与所述光信号传输直波导的耦合间隙为120～150nm。
5.一种权利要求1-4任一项所述的硅基光学微环温度传感器的制备方法，其特征在于，包括：
6.一种权利要求1-4任一项所述的硅基光学微环温度传感器的封装结构，其特征在于，包括：
7.根据权利要求6所述的硅基光学微环温度传感器的封装结构，其特征在于，具有以下至少一种技术特征：
8.根据权利要求6所述的硅基光学微环温度传感器的封装结构，其特征在于，所述第一盖板光纤还包括第一上盖板和第一下盖板，所述第一上盖板和所述第一下盖板之间形成第一光纤槽，所述第一光纤夹持于所述第一光纤槽内；
9.根据权利要求6所述的硅基光学微环温度传感器的封装方法，其特征在于，所述导温铜板与所述第一支撑结构和所述第二支撑结构采用低温胶或机械连接结构连接。
10.一种权利要求1-4任一项所述的硅基光学微环温度传感器的封装方法，其特征在于，包括：
