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红外高光谱成像由于其高光谱分辨率的特点正受到国内外的广泛关注,高光谱成像研究是成像光谱技术领域中的一个前沿的课题。传统的成像光谱仪的分光方法是用色散(棱镜、光栅)分光、干涉(傅立叶变换)分光,这些系统构成的光谱仪重达几百磅,或者有复杂的计算要求。本论文运用Micro-electro-mechanical system(MEMS)技术,设计并成功制作了128×128阵列F-P腔可调谐红外滤波器。概括全文的主要研究成果和贡献,有以下几个方面:(1)基于MEMS技术,开发滤波分光的F-P腔128×128阵列可调谐红外滤波器,这种全新型芯片级(chip scale)分光元件,具有小型化、轻型化、能与探测器集成的优点,可应用于红外高光谱成像系统,这种滤波器有取代传统分光元件的潜能。(2)优化F-P腔结构模型。对基于MEMS技术的F-P腔滤波器阵列进行整体设计,采用静电驱动方式,优化F-P腔滤波单元模型;设计四种结构的F-P腔单元,用多物理场有限元软件COMSOL进行仿真,分析在静电力作用下四种模型的机械特性,包括F-P腔微桥结构的平行度、位移变化、冯米斯(Von Mises)应力、填充因子的情况;仿真结果表明折叠的长悬臂梁设计是机械性能优化的关键,为器件优化设计提供理论基础。(3)优化F-P腔光学设计。用TFCalc软件,设计F-P腔分布式布拉格(Distributed Bragg Reflection,DBR)反射镜,根据探测3~5μm光谱范围,综合考虑F-P腔微桥结构承重能力,设计3层结构的Ge/Al2O3/Ge光学膜系,以达到器件光学性能与机械机械性能最优组合。(4)开发器件制作工艺。根据128×128阵列F-P腔滤波器结构特点,采用表面硅微机械加工技术、用磁控溅射方法生长结构层、用电子束蒸发制备DBR反射镜、剥离工艺(lift-off)制备图形;重点研究了微桥制作工艺、牺牲层工艺、DBR反射镜工艺;通过大量实验,制备出理想的微桥结构、DBR高反射镜;整个工艺流程有强的兼容性,能与CMOS工艺兼容。(5)表征及测试新型F-P滤波器,测试包括滤波器电性能、机械性能、光学性能。通过SEM扫描电镜,观察到128×128阵列滤波器结构完整、阵列均匀、有良好的悬空结构;搭建测试平台,对F-P腔阵列芯片外接稳压直流电源进行测试,电压从0V~10V~0V,测试结果表明F-P腔微桥结构有良好的平行度与柔韧性,符合仿真结果。滤波器可实现大的调谐范围,低的驱动电压,高的光谱透过率。