本发明专利技术提供一种长腔长微机电可调谐法布里－珀罗滤波器，滤波器的上基板由双面腐蚀后截面呈“W”形的体硅及其下表面的浓硼掺杂层构成，“W”形体硅上表面以透明薄膜作为支撑膜，其上的反射膜作为法布里－珀罗滤波器的前腔镜，“W”形体硅下表面不同区域的浓硼掺杂层可分别作为悬臂梁和上电极。滤波器的下基板由石英玻璃构成，其上表面与前腔镜和上电极对应的区域分别制作有后腔镜和下电极，下表面与后腔镜对应的区域刻有衍射光栅。该微机电滤波器可方便获得200μm以上的初始腔长，能在不同方向上实现单一波长的滤波，具有窄半峰全宽和宽自由光谱范围的优点，在光通讯，光信息读取，激光技术等领域中有广泛的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供一种长腔长微机电可调谐法布里－珀罗滤波器，滤波器的上基板由双面腐蚀后截面呈“W”形的体硅及其下表面的浓硼掺杂层构成，“W”形体硅上表面以透明薄膜作为支撑膜，其上的反射膜作为法布里－珀罗滤波器的前腔镜，“W”形体硅下表面不同区域的浓硼掺杂层可分别作为悬臂梁和上电极。滤波器的下基板由石英玻璃构成，其上表面与前腔镜和上电极对应的区域分别制作有后腔镜和下电极，下表面与后腔镜对应的区域刻有衍射光栅。该微机电滤波器可方便获得200μm以上的初始腔长，能在不同方向上实现单一波长的滤波，具有窄半峰全宽和宽自由光谱范围的优点，在光通讯，光信息读取，激光技术等领域中有广泛的应用前景。【专利说明】-种长腔长微机电可调谐法布里一珀罗滤波器
本专利技术属于微光机电系统领域，特别涉及一种长腔长微机电可调谐法布里-珀罗 滤波器。
技术介绍
微机电可调谐法布里一珀罗滤波器具有体积小、易集成、带宽窄、波长可调等优 点，广泛应用于光学传感、光通讯、光信息读取以及激光技术等领域。然而，由于法布里一珀 罗滤波器自身原理的限制，它的两个重要参数一自由光谱范围与半峰全宽在理论上相互 限制，两者的性能指标往往不可兼得。一般来讲，滤波器的腔长越长则半峰全宽越窄，但自 由光谱范围也会越窄；反之，滤波器腔长越短则自由光谱范围越宽，但半峰全宽也会越宽。 因此，很难同时获得窄半峰全宽和宽自由光谱范围。"一种新型微机电系统法布里一珀罗滤 波器的设计与分析"（《光学学报》，2012,32,8,0822005-1) -文中提出了一种新型的微型 法布里一珀罗滤波器，该滤波器在传统法布里一珀罗滤波器的基础上集成了一块光栅进行 色散，使滤波器的自由光谱范围大大扩展。然而，该文中所设计的微型法布里一珀罗滤波器 的腔长仍然较短（仅为1.7iim)，在扩展自由光谱范围的同时并未体现出更窄半峰全宽的 优势来。如果能将这种新型的微型法布里一珀罗滤波器的腔长增大，则可使该滤波器同时 获得窄半峰全宽和宽自由光谱范围。 然而，现有微机电法布里一珀罗滤波器为了获得较宽的自由光谱范围，其腔长往 往较短。很多设计为了使器件结构更为简单，还将法布里一珀罗腔镜上的金属膜同时作为 反射镜和驱动电极。这种设计对于短腔长的滤波器而言是很巧妙的，但对于长腔长的滤波 器而言却是不可行的。因为当滤波器的腔长较长时，同时作为腔镜的两电极相隔很远，此时 两电极间的静电力很微弱，不足以驱动腔镜的移动。尽管也有设计者提出将腔镜反射膜与 驱动电极分离可获得更长的腔长，但这些腔体的初始腔长通常是通过沉积一层阻挡层来实 现的，这于>200 y m的初始腔长而言，沉积200 y m的阻挡层显然不是一件容易的事情。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：针对现有微机电法布里一珀罗滤波器腔长较短，难 以同时实现窄半峰全宽和宽自由光谱范围的问题，提出一种长腔长微机电可调谐法布里一 珀罗滤波器。该滤波器具有200 i! m以上的初始腔长，并能通过光栅的分光作用使不同级次 不同波长的光在空间上得到分离，同时能满足低电压驱动的要求。 本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种长腔长微机电可调谐法布里一 珀罗滤波器，其特征在于：包括： -双面腐蚀后截面呈"W"形的体硅及其下表面的浓硼掺杂层，所述体硅及其下表 面的浓硼掺杂层作为滤波器的上基板； 一前腔镜支撑膜，所述前腔镜支撑膜位于"W"形体硅上表面四周镂空区域以内的 所有区域； -前腔镜，所述前腔镜位于支撑膜的上表面； -悬臂梁，所述悬臂梁即为"W"形体硅四周镂空区域下方的浓硼掺杂层； 一上电极，所述上电极即为"W"形体硅中央镂空区域与四周镂空区域之间体硅下 表面的浓硼掺杂层； 一石英基底，所述石英基底作为滤波器的下基板； 一后腔镜，所述后腔镜位于石英基底上表面与前腔镜相对应的区域； 一光栅，所述光栅位于石英基底下表面与后腔镜相对应的区域； 一下电极，所述下电极位于石英基底上表面与上电极相对应的区域。 进一步的，所述上基板与下基板通过对准键合的方式使其形成一个法布里-珀罗 腔，腔体的初始腔长由所述体硅的厚度决定，体硅的厚度可以通过湿法腐蚀进行调节，调节 范围为 200iim?500iim。 进一步的，所述支撑膜为氮化硅与二氧化硅的双层膜，薄膜总厚度为250nm? 350nm〇 进一步的，所述前后腔镜可以为金属膜或布拉格多层介质膜。 进一步的，所述悬臂梁的宽度为300iim?500iim，厚度为10iim?12iim。 进一步的，所述光栅的总缝数N应该满足以下关系：N彡2L/Amin，其中，L为法布 里-珀罗滤波器的腔长，Amin为入射光中的最小波长，满足该关系式可使经法布里-珀罗滤 波器滤波后不同级次不同波长的光在空间上得以分离。 进一步的，所述上下电极应对称分布在前后腔镜四周，上电极的宽度为500iim? 1mm，下电极的宽度应该不大于上电极的宽度，下电极的厚度可以为50nm?200nm，上下电 极的间距为2um?4um。 进一步的，所述上基板的驱动行程等于最大入射光波长的一半，正向误差不超过 最大入射光波长的十分之一。 本专利技术与现有技术相比具有如下优点： (1)与现有微机电可调谐法布里一珀罗滤波器的性能相比，本专利技术所述滤波器具 有更长的腔长，通过光栅分光获取宽自由光谱范围的同时，能获得更窄的半峰全宽，从而实 现宽波段窄带滤波； (2)与现有微机电可调谐法布里一珀罗滤波器的结构相比，本专利技术采用双面腐蚀 加工的"W"形体硅作为滤波器的上基板，既可方便的获得200ym以上的腔长，又可实现低 电压驱动；同时，"W"形体硅下表面的浓硼掺杂层既充当了悬臂梁又充当了上电极，而且在 加工过程中还可充当腐蚀自停止层，降低了加工工艺的难度，具有结构简单，加工方便等优 占. (3)本专利技术所述滤波器的宽自由光谱范围是通过多级次光谱扫描拼接获得的，因 此其驱动行程较短，直接采用浓硼掺杂硅层作为悬臂梁即可满足对驱动行程的要求，而无 需在浓硼掺杂硅层上进行图形化刻蚀，减少了工艺步骤，降低了工艺难度。同时，还避免了 由于刻蚀不对称导致的镜面扭曲等问题，具有稳定性高，可有效保证腔镜的平行度等优点。 【专利附图】【附图说明】 图1是本专利技术中长腔长微机电可调谐法布里一珀罗滤波器的截面示意图； 图中：1-1是双面腐蚀后截面呈"W"形的体硅，1-2是"W"形体硅下表面的浓硼掺 杂层，1-3是浓硼掺杂层充当的悬臂梁，1-4是浓硼掺杂层充当的上电极，1-5是"W"形体硅 的中央镂空区域，1-6是"W"形体硅的四周镂空区域，2是前腔镜支撑膜，3是前腔镜，4是石 英基底，5是后腔镜，6是下电极，7是衍射光栅； 图2是本专利技术中"W"形体硅的表面示意图；图中1-5是"W"形体硅的中央镂空区 域，1-6是"W"形体硅的四周镂空区域； 图3是光线通过本专利技术中长腔长微机电可调谐法布里一珀罗滤波器前腔镜、后腔 镜及光栅时的光路示意图； 图4是本专利技术实施例1中所述长腔长微机电可调谐法布里一珀罗滤波器的电压一 位移曲线； 图5是本专利技术实施例2中所述长腔长微本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种长腔长微机电可调谐法布里‑珀罗滤波器，其特征在于，包括：－双面腐蚀后截面呈“W”形的体硅及其下表面的浓硼掺杂层，所述体硅及其下表面的浓硼掺杂层作为滤波器的上基板；－前腔镜支撑膜，所述前腔镜支撑膜位于“W”形体硅上表面四周镂空区域以内的所有区域；－前腔镜，所述前腔镜位于支撑膜的上表面；－悬臂梁，所述悬臂梁即为“W”形体硅四周镂空区域下方的浓硼掺杂层；－上电极，所述上电极即为“W”形体硅中央镂空区域与四周镂空区域之间体硅下表面的浓硼掺杂层；－石英基底，所述石英基底作为滤波器的下基板；－后腔镜，所述后腔镜位于石英基底上表面与前腔镜相对应的区域；－光栅，所述光栅位于石英基底下表面与后腔镜相对应的区域；－下电极，所述下电极位于石英基底上表面与上电极相对应的区域。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：方亮，石振东，汪为民，王强，邱传凯，周崇喜，田中群，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51
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