ChemPen?成功展示了具有8 cm-1分辨率的單片MEMS邁克爾遜干涉儀囚玫，其初步系統(tǒng)級結果如上所示喧锦。對現(xiàn)有MEMS 設計的重大貢獻包括創(chuàng)新的3-D自組裝結構，能夠實現(xiàn)3毫米直徑的干涉對準抓督，在一個襯底上實現(xiàn)清晰的單片孔徑燃少，以及600um鏡面運動，同時保持其干涉對準铃在。ChemPen?的成功為高靈敏度和低成本的小型化FTIR系統(tǒng)開辟了一條新的阵具、革命性的道路。
高分辨率微型FTIR光譜儀由大型線性行程MEMS彈出式反射鏡實現(xiàn)
1．光學質量
為了在中遠紅外光譜區(qū)域達到所需的反射率定铜，靜止和移動的鏡子都需要涂上大量的金屬阳液，特別是金(Au)。過去宿稀，在氫氟酸(HF)中釋放之前和之后趁舀，確定了典型晶圓級鏡面金屬化的兩個主要技術挑戰(zhàn):(1)由于與必要的粘附促進劑相關的額外殘余應力，鏡面曲率大幅增加;(2)電子電偶腐蝕，在HF水中，金和多晶硅之間的電極電位差導致多晶硅鏡面優(yōu)先腐蝕举塔，從而產生顯著的結構不穩(wěn)定和晶粒結構擴大。
圖1
為了應對這些挑戰(zhàn)奉狈，ChemPen?開發(fā)了一種可替代的釋放后金屬化技術，該技術消除了高壓粘附層的使用涩惑，進一步為電子電偶腐蝕提供了基本解決方案仁期。使用定制的陰影掩模組件實現(xiàn)精確對準的批量金屬化，該組件允許通過運動耦合在頂部陰影掩模和底板之間進行可重復的-?m級對齊。圖1說明了裝配前的金屬化反射鏡組件
使用干涉輪廓顯微鏡(WYKO, NT 2000)測量金屬化和組裝鏡面的表面形貌跛蛋。與之前記錄的數(shù)據(jù)相比熬的，將釋放后金屬化與金屬涂層結構的各種鏡面強化技術相結合，可以顯著改善RMS平面度和增加曲率半徑赊级。在整個透明孔徑上測量到的RMS平坦度小于40 nm押框，對應于min工作光譜區(qū)域2 um的小于波長的1/50。峰谷差小于210 nm理逊，使得整個透明孔徑的曲率半徑大于80 cm橡伞，曲率半徑僅為2μm，遠小于一條條紋晋被。所開發(fā)的工藝具有魯棒性和高度可重復性兑徘。
圖2
2. 鏡像運動
ChemPen?旨在實現(xiàn)優(yōu)于8波數(shù)(8 cm-1)的分辨率，這需要600 μm物理反射鏡位移羡洛。如此大的行程是通過連接到大型齒輪和曲柄系統(tǒng)的熱致動器系統(tǒng)的組合來實現(xiàn)的挂脑。創(chuàng)新的熱致動器是與桑迪亞guo家實驗室聯(lián)合開發(fā)的。熱致動器的棘爪臂與時鐘齒輪的棘輪齒嚙合翘县，從而使時鐘齒輪隨致動器的每個熱周期(脈沖)旋轉最域。時鐘輪然后嚙合曲軸齒輪，它有一個相關的連桿附在一個指定的點锈麸，以創(chuàng)建一個600微米直徑的圓。連桿對平臺進行線性位移牺蹄，平臺受線性軌道約束忘伞。平臺的幾何形狀配置為2:1(長/寬)長寬比，以提高行程的線性度沙兰，同時減少導向機構的機械綁定可能性(圖3)氓奈。
圖3
圖4
熱致動器以每秒約200次的速度運行，使得鏡子在一秒鐘內完成一個完整的周期鼎天。采用由激光干涉儀頭(KEYENCE, LK-G32)和控制器(LKG3001)組成的單點激光測振儀對動鏡的運動進行了詳細的研究舀奶。該儀器允許在±5毫米范圍內的位移測量，位置誤差小于50納米斋射。圖7中的數(shù)據(jù)集表示一個鏡像周期內的4000多個點育勺。步長遵循正弦模式，在零位移點附近max罗岖，而在行程范圍的兩端接近零涧至。圖7所示的一組單獨的測量表示瞬態(tài)時間響應分析(即。齒輪咔嗒聲之間的階躍響應桑包。在接收到輸入信號(即齒輪咔嗒聲)后南蓬，步長上升時間為1毫秒，響應穩(wěn)定得很快，這表明這是一個近臨界阻尼系統(tǒng)赘方。在沉淀區(qū)測得83 nm的峰間值烧颖。
圖5
在MEMS中，在鏡面驅動過程中保持對準精度是一個重大挑戰(zhàn)窄陡，因為如此大的位移通常是以降低定位精度為代價的倒信。為ChemPen?開發(fā)了許多專有的平臺導向技術，將平臺運動傾斜限制在干涉公差范圍內泳梆。然后使用一個帶有He-Ne激光器的定制設備來表征整個系統(tǒng)的動態(tài)對準鳖悠，特別是在驅動過程中測量的傾斜。首先优妙，氦氖激光被定向到單個移動鏡面或完整的干涉儀上乘综。輸出激光束從組裝好的MEMS反射鏡反射出去，傳播1.6 m套硼，以放大和測量MEMS反射鏡的微小角偏差卡辰。在儀器的成像平面上的ccd攝像機通過MEMS邁克爾遜干涉儀的幾個驅動周期捕獲一系列圖像，用于隨后的計算機圖像處理邪意。
開發(fā)的軟件使用低通濾波器來澄清圖像九妈，然后在圖像的每一幀中進行質心計算，計算光束的角偏差雾鬼。然后對圖像進行批量處理萌朱，以計算垂直和水平方向上的max傾斜量。利用其專有的導向機構策菜，MEMS的垂直傾斜誤差小于0.1o(6弧分)晶疼，水平傾斜誤差小于0.03o(1.8弧分)。這些結果表明在感興趣的光譜區(qū)域有足夠的靈敏度又憨。
3. 干涉對準
為了評估MEMS邁克爾遜干涉儀的干涉對準性翠霍，配置了第二套He-Ne激光器測試裝置。當反射鏡連續(xù)工作時蠢莺，從一個峰到另一個峰穿越600 um寒匙，使用CCD相機和圖像采集計算機系統(tǒng)記錄干涉儀產生的動態(tài)干涉圖。從動態(tài)干涉圖視頻中獲取的精確對齊干涉圖的兩個靜態(tài)幀如圖8所示躏将。由于即使是目標區(qū)域的較短工作波長(即波長= 2.5-14 μm)也大大大于本實驗中使用的He-Ne激光器(即波長 = 633 nm)锄弱，因此該結果有望進一步提高中遠紅外光譜區(qū)域的調制深度，從而提高儀器的靈敏度耸携。
圖6
人們可以對光學元件中每種缺陷的調制深度(或調制效率= M.E.)進行建模和模擬棵癣，但考慮到下圖所示的靜態(tài)干涉圖，在2.5μm處圖像上的條紋會減少2.5/0.633≈4倍夺衍，在更長的工作波長處條紋會更少狈谊。
了解更多詳情，請訪問上海昊量光電的官方網(wǎng)頁：
http://www.wjjzl.com/three-level-280.html
更多詳情請聯(lián)系昊量光電/歡迎直接聯(lián)系昊量光電
關于昊量光電：
上海昊量光電設備有限公司是光電產品專業(yè)代理商，產品包括各類激光器河劝、光電調制器壁榕、光學測量設備、光學元件等赎瞎，涉及應用涵蓋了材料加工牌里、光通訊、生物醫(yī)療务甥、科學研究牡辽、國防、量子光學敞临、生物顯微态辛、物聯(lián)傳感、激光制造等挺尿；可為客戶提供完整的設備安裝奏黑，培訓，硬件開發(fā)编矾，軟件開發(fā)熟史，系統(tǒng)集成等服務。
您可以通過我們昊量光電的官方網(wǎng)站www.wjjzl.com了解更多的產品信息窄俏，或直接來電咨詢4006-888-532蹂匹。
展示全部 
