Разработка и исследование перестраиваемых микромеханических интерференционных оптоэлектронных приборов для спектрального анализа

• Автор: Никулин, Дмитрий Михайлович
• Шифр специальности: 05.11.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 110 с. : ил.

1. Классификация и сравнительная оценка параметров диспергирующих устройств оптических спектральных
приборов
1.1. Классификация фильтров оптического излучения и
характеризующие их основные параметры
1.2. Тонкопленочные интерференционные фильтры [1]
1.3. Дифракционные фильтры
1.4. Призменные фильтры
1.5. Сканирующие резонаторы Фабри-Перо
1.6. Светосила дифракционных, призменных спектрометров и
спектрометров Фабри-Перо
1.7. Перестраиваемые оптические резонаторы лазеров на красителях
с дисперсионными элементами
1.8. Растровая спектроскопия
1.9. Микромеханические спектроанализирующие приборы
1.9.1. Использование эффектов полного внутреннего отражения и
интерференции света для амплитудной и фазовой модуляции оптических потоков
1.9.2. Датчики Фабри-Перо
1.9.3. Перестраиваемые оптоволоконные фильтры Фабри-Перо
1.9.4. Жидкокристаллические фильтры Фабри-Перо
1.9.5. Перестраиваемые оптические фильтры на основе МЭМС
1.9.6. Тонкопленочные перестраиваемые интерферометры
1.10. Выводы
2. Теоретические исследования
2.1. Введение. Основные положения теории многолучевых
интерферометров
2.1.1. Двухзеркальные интерферометры
2.1.2. Четырехзеркальные интерферометры (мультиплекс-
интерферометры)
2.1.3. Клиновые интерферометры
2.2. Разработка основ теории сканирующих мультиплекс-
интерферометров с эквидистантными зазорами
2.3. Определение допустимой неплоскостности в зависимости от
величины эквидистантного зазора
2.4. Основы теории мультиплексных интерференционных
спектральных устройств с регулированием положения полосы пропускания в их спектре
2.5. Термическая не стабильность перестраиваемых
интерференционных светофильтров с воздушным зазором
между зеркатами и методы её уменьшения и компенсации

2.6. Пьезоэлектрические движители, оценка быстродействия при
сканировании спектра
2.7. Выводы
3. Исследование технологических основ получения зеркальных систем с регулируемыми воздушными эквидистантными
нано- н микроразмерными промежутками между зеркалами ..„...„
3.1. Получение воздушных зазоров между плоскими элементами
3.2. Исследованные технологические методы получения воздушных
зазоров между плоскими элементами
3.2.1. Жертвенный слой
3.2.2. Использование капиллярных сил
3.3. Получение зеркал
3.3.1. Требования к оптическим характеристикам зеркальных
покрытий
3.3.2. Обзор методов получения тонкопленочных металлических
зеркал
3.3.3. Обзор методов получения диэлектрических и металлодиэлектрических зеркал
3.3.4. Лабораторная технология получения двухзеркального
интерферометра с микро- и наноразмерными промежутками
между зеркалами
3.4. Обсуждение результатов
4, Экспериментальный испытательный стенд и результаты измерений
4.1. Требования к конструкции испытательного стенда
4.2. Испытательный стенд для исследования перестраиваемого
интерферометра в видимом диапазоне спектра
4.3. Результаты измерений
Заключение
Список литературы

Введение
В настоящее время техника оптоэлектронных приборов и комплексов базируется, в основном, на использовании классических оптических элементов, что предполагает сборные конструкции систем, обладающие значительными массогабаритами. Однако, развитие в последние десятилетия микросистемной техники может предложить альтернативу классическим устройствам оптоэлектроники.
Микросистемная техника развивается по нескольким направлениям, включающим микроэлектромеханические, микрооптоэлектромеханические, микрофлюидные и микропневматические системы и компоненты. Функциональные назначения микросистем различны, однако между ними имеется фундаментальное сходство, которое в «Перечне критических технологий РФ» определяется следующим образом: «сверхминиатюрные механизмы, приборы, машины с ранее не достижимыми массогабаритами, энергетическими показателями и функциональными параметрами, создаваемые эффективными процессами микро- и нанотехнологии».
Наиболее широко распространены оптические микросистемы в виде чипа с матрицей микрозеркал, угловым положением которых можно индивидуально управлять электрически; такие микросистемы являются основой компактных оптических проекторов изображений.
Значительную долю используемых в научных исследованиях и в промышленности оптических и оптоэлектронных устройств занимают спектральные приборы. Известен ряд попыток создания микроминиатюрных монохроматоров и спектрометров на принципах микромеханики, но создать устройства с параметрами, близкими к параметрам классических приборов, не удаётся. Трудно разрешимыми проблемами являются, кроме технологических, дифракционные ограничения при попытках обеспечить высокую разрешающую силу сверхминиатюрных спектральных устройств.

- низкое управляющее напряжение, порядка нескольких вольт, с возможностью питания от компьютера;
- интегральная технология - десятки или даже сотни фильтров могут быть изготовлены на одной подложке с оптическими волноводами и другими компонентами.
—*| j*~ г
Шггог Support Fiber eut.
tllfftSf
а) б)
Рис. 19. Перестраиваемые фильтры МЭМС. а) Конструкция интерферометра Фабри-Перо на основе МЭМС [30]; б) Конструкция микромеханического фильтра с термодеформационной перестройкой [26].
Перестраиваемые фильтры МЭМС могут быть использованы в телекоммуникационных системах и распределительных сетях. Если на подложке фильтра разместить активную среду, излучающую когерентный свет, может быть изготовлен перестраиваемый лазер [31].
Для изготовления таких фильтров используют технологии:
- нанесение на подложки тонкопленочных слоев;
- литографию;
- травление и микрообработку;
- формирование тонкопленочных интерференционных структур
Недостатками перестраиваемых фильтров на основе МЭМС являются:
- сложность производства фильтров, необходимость в особо чистых помещениях;
GaAlte'OaAe DBfi
ÛuifM Ugttt