基于MEMS技术的可调谐光学红外滤波器设计与仿真文献综述

 2022-09-22 11:28:48

文献综述(或调研报告):

无论是国外的研究机构还是国内的高校实验室,将F-P腔滤波器应用在红外光谱仪和红外超光谱成像探测系统方面的尝试一直从未间断,这使得它的设计和制作技术也有了一定程度的发展。

  1. 国内F-P腔滤波器研究现状

(1)中科院半导体研究所的左玉华等人于2003年研制出了应用于光纤通信系统,中心波长为1.3mu;m和1.55mu;m的硅基可调谐滤波器[5-6]。两种滤波器的制备方法基本一致,都是采用表面MEMS工艺制备、静电驱动,并使用牺牲层来做空腔,空腔的厚度决定了滤波器所适用的波段。

器件的结构示意图及SEM照片如图3-1所示,DBR反射膜采用六层Si/SiO2介质膜层(反射率达99%),以自支撑薄膜的形式悬浮于硅衬底上方。研究人员发现反射镜形变是导致滤波器光学性能劣化的主要原因,提出利用高温退火或缩小反射镜尺寸来提高镜面平整度的方案,但并没有开展后续试验研究。该滤波器的镜面尺寸为150mu;mtimes;150mu;m,具有23nm的分辨率。

图3-1 中科院半导体研究所研制的MEMS F-P滤波器结构示意图(左)和SEM图像(右)

(2)2013年中科院微系统研究所传感技术国家重点实验室研制了另外一款应用于光纤通信的MEMS F-P滤波器[7-8],如图3-2所示,DBR悬浮镜由十七层SiO2-TiO2材料组成,SOI顶层硅被用来制作悬浮镜的基底以及支撑悬臂梁。研究人员通过高温退火工艺,消除了镜面材料的内应力,实现了纳米量级的反射镜平整度。该滤波器的镜面直径为800mu;m。

图3-2 中科院微系统研究所研制的MEMS F-P滤波器结构示意图(左)和SEM图像(右)

(3)华中科技大学的许蔚等人在2011年用材料为Ge/Al2O3/Ge(250nm/628.9nm/250nm)的三层介质膜做反射镜,所设计的工艺利用涂胶反刻的方法实现了牺牲层平坦化,利用Ni-Cr Au做底部电极层和金属桥腿[9]。基本结构如图3-3所示。顶部反射镜直径为50mu;m,分辨率为254nm,

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