一种集成宽波段微光机电法布里-珀罗滤光芯片阵列及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种集成宽波段微光机电法布里

【技术实现步骤摘要】
一种集成宽波段微光机电法布里
‑
珀罗滤光芯片阵列及其制作方法


[0001]本专利技术属于微光机电领域，具体而言，涉及一种集成宽波段微光机电法布里
‑
珀罗滤光芯片阵列及其制作方法
。

技术介绍

[0002]随着光谱仪及光谱成像仪的应用领域越来越广，一些应用场景对于其体积
、
重量
、
成本及便携性提出了更高的要求，因此微型光谱仪及微型光谱成像仪就变得越来越重要
。
分光元件是微型光谱仪及微型光谱成像仪的核心之一
。
传统的分光元件主要包括色性分光的光栅
、
棱镜以及干涉分光的迈克尔逊干涉仪等，上述方案存在可动光机部件多
、
光谱数据冗余，成像帧频低
、
光机系统复杂
、
体积重量大
、
价格昂贵等缺点，虽然采用滤光片光机轮分光方案可以避免部分上述问题，但是又带来了可选波长少
、
光谱数据不足的问题
。
[0003]根据有效界面法，当宽谱光源的光照射到上述滤波器上时，其透射光的光谱为：（1）其中，
Rm
为上述滤光芯片的固定镜增反膜以及可动镜增反膜的反射率，
Tm
为上述固定镜减反膜以及可动镜减反膜的反射率
。
[0004]理想情况下透射光的中心波长与上述滤光芯片的谐振腔的关系为：（2）其中
d
和
n
分别为上述谐振腔的长度和折射率，
θ
为实际应用中入射光到上述滤光芯片表面的入射角，
λ
为波长
。
[0005]当（2）式中
δ = m
π
（
m
为正整数）时，（1）式中
T
得到最大值
。T
为最大值时，计此时的峰值波长为
λ
peak
，则有（3）上式中
m
为干涉阶数，对于理想情况，法布里
‑
珀罗滤光芯片两个相邻的透射极大值对应的波长间隔（自由光谱范围）可以表示为：（4）根据上述分析可知，上述滤光芯片的透射谱峰值波长与谐振腔尺寸成比例关系，且满足干涉条件（
m
为正整数）的波长均可以透过，两相邻透射波长的波长差即为自由光谱范围
。
由式（4）可以看出，当
m = 1
时，上述滤光芯片的自由光谱范围最大，其数值为
nd
，最大透射波长为
2nd
，最小透射波长为
nd。
[0006]一般来讲，上述滤光芯片的的谐振腔为空气
、
真空
、
或者其他气体，折射率近似为1，因此上述滤光芯片的自由光谱范围理想情况下最大为
d
，但是在实际情况中由于反射相移等非理想情况，无法达到此数值
。
而且，在许多光谱应用中，对光谱仪或者光谱成像仪的需求是自由光谱范围越宽越好
。
[0007]基于
MEMS
技术的可调谐法布里
‑
珀罗滤光芯片，具有体积小
、
重量轻的特点，批量制造的特点使其价格极低，在实际应用时，与传统的色散分光或者干涉分光需要复杂的光路及光机结构设计不同，可调谐法布里
‑
珀罗滤光芯片作为分光元件用于微型光谱仪及微型光谱成像仪时可以简单的放置在成像光路中，因此可以有效的避免传统色散分光或者干涉分光的问题
。
[0008]然而，可调谐法布里
‑
珀罗滤光芯片由于其特性限制，自由光谱范围相比于传统的色散分光或者干涉分光较小，在一些需要较宽自由光谱范围的应用中受到限制
。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于提供一种集成宽波段微光机电法布里
‑
珀罗滤光芯片阵列及其制作方法，以解决上述的现有技术中可调谐法布里
‑
珀罗滤光芯片自由光谱范围小
、
应用场景受限的问题
。
[0010]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：一
、
本专利技术提供了一种集成宽波段微光机电法布里
‑
珀罗滤光芯片阵列，其特征在于由固定镜衬底和可动镜衬底组成；固定镜衬底下面制有阵列的固定镜减反膜，固定镜衬底上面制有阵列的下浅腔，阵列的固定镜减反膜与阵列的下浅腔对应配合，每个下浅腔底面制有固定镜增反膜，固定镜衬底上面以每个下浅腔中心对称的位置上，分别制有固定镜驱动电极
、
固定镜反馈电极
、
以及固定镜键合环，固定镜键合环将固定镜驱动电极
、
固定镜反馈电极和下浅腔包围；可动镜衬底上面制有阵列的可动镜减反膜，可动镜衬底下面制有阵列的上浅腔，阵列的可动镜减反膜与阵列的上浅腔对应配合，每个上浅腔的底面制有可动镜增反膜，可动镜衬底上面以每个上浅腔中心为对称位置上，分别光刻制作一个深腔，每个深腔底部光刻两个敏感可动件，一个敏感可动件下面制有可动镜反馈电极
、
另一个敏感可动件下面制有可动镜驱动电极，可动镜衬底下面以每个上浅腔中心为对称位置上制有可动镜键合环，可动镜键合环将上浅腔以及深腔包围；固定镜衬底和可动镜衬底上的可动镜键合环与固定镜键合环键合后，形成一组阵列的法布里
‑
珀罗滤光芯片
N1、N2、N3
…
NX
，每个法布里
‑
珀罗滤光芯片中上浅腔与下浅腔相对应形成一组谐振腔，谐振腔对应的间隙长度尺寸分别为
L1、L2、L3
…
LX。
[0011]在上述技术方案的基础上，进一步的技术方案为：所述的一种集成宽波段微光机电法布里
‑
珀罗滤光芯片阵列的阵列数
X=2
，其光谱调谐曲线满足
400
‑
1000nm
宽谱段调谐
。
[0012]固定镜衬底和可动镜衬底材料包括但不限于玻璃
、
石英石
、
蓝宝石
、
硫化锌
、
硒化锌
、
硅
、
锗，二者可选用相同或者不同的材料
。
[0013]所述的的固定镜减反膜和可动镜减反膜，使用单层或者多层膜构成，其可选材料多括但不限于氧化铌
、
氧化铪
、
氧化钽
、
氧化铝
、
氧化硅
、
氮化硅
、
氟化镁
、
硫化锌
、
硒化锌
、
硅
、
锗，固定镜减反膜和可动镜减反膜可选用相同或者不同的膜系结构
。
[0014]所述的的固定镜增反膜及可动镜增反膜使用高低折射率本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种集成宽波段微光机电法布里
‑
珀罗滤光芯片阵列，其特征在于由固定镜衬底（
102
）和可动镜衬底（
302
）组成；固定镜衬底（
102
）下面制有阵列的固定镜减反膜（
101
），固定镜衬底（
102
）上面制有阵列的下浅腔（
102a
），阵列的固定镜减反膜（
101
）与阵列的下浅腔（
102a
）对应配合，每个下浅腔（
102a
）底面制有固定镜增反膜（
103
），固定镜衬底（
102
）上面以每个下浅腔（
102a
）中心对称的位置上，分别制有固定镜驱动电极（
105
）
、
固定镜反馈电极（
104
）
、
以及固定镜键合环（
106
），固定镜键合环将固定镜驱动电极
、
固定镜反馈电极和下浅腔包围；可动镜衬底（
302
）上面制有阵列的可动镜减反膜（
301
），可动镜衬底（
302
）下面制有阵列的上浅腔（
302a
），阵列的可动镜减反膜（
301
）与阵列的上浅腔（
302a
）对应配合，每个上浅腔（
302a
）的底面制有可动镜增反膜（
303
），可动镜衬底（
302
）上面以每个上浅腔（
302a
）中心为对称位置上，分别光刻制作一个深腔（
307
），每个深腔底部光刻两个敏感可动件（
308
），一个敏感可动件（
308
）下面制有可动镜反馈电极（
304
）
、
另一个敏感可动件（
308
）下面制有可动镜驱动电极（
305
），可动镜衬底（
302
）下面以每个上浅腔（
302a
）中心为对称位置上制有可动镜键合环（
306
），可动镜键合环将上浅腔以及深腔包围；固定镜衬底（
102
）和可动镜衬底（
302
）上的可动镜键合环（
306
）与固定镜键合环（
106
）键合后，形成一组阵列的法布里
‑
珀罗滤光芯片
N1、N2、N3
…
NX
，每个法布里
‑
珀罗滤光芯片中上浅腔（
302a
）与下浅腔（
102a
）相对应形成谐振腔（
201
）
、
谐振腔（
202
）
、
谐振腔（
203
）
…
谐振腔（
20X
），它们对应的间隙长度尺寸分别为
L1、L2、L3
…
LX。2.
根据权利要求1所述的一种集成宽波段微光机电法布里
‑
珀罗滤光芯片阵列，其特征在于：所述的一种集成宽波段微光机电法布里
‑
珀罗滤光芯片阵列的阵列数
X=2
，其光谱调谐曲线满足
400
‑
1000nm
宽谱段调谐
。3.
根据权利要求1所述的一种集成宽波段微光机电法布里
‑
珀罗滤光芯片阵列，其特征在于：固定镜衬底和可动镜衬底材料包括但不限于玻璃
、
石英石
、
蓝宝石
、
硫化锌
、
硒化锌
、
硅
、
锗，二者可选用相同或者不同的材料
。4.
根据权利要求1所述的一种集成宽波段微光机电法布里
‑
珀罗滤光芯片阵列，其特征在于：所述的的固定镜减反膜和可动镜减反膜，使用单层或者多层膜构成，其可选材料多括但不限于氧化铌
、
氧化铪
、
氧化钽
、
氧化铝
、
氧化硅
、
氮化硅
、
氟化镁
、
硫化锌
、
硒化锌
、
硅
、
锗，固定镜减反膜和可动镜减反膜可选用相同或者不同的膜系结构
。5.
根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文婧，陈丙根，赵少宇，王鹏，
申请(专利权)人：华东光电集成器件研究所，
类型：发明
国别省市：