專利名稱：一種基于微機電系統(tǒng)動鏡的傅里葉變換微光譜儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于微機電系統(tǒng)動鏡的傅里葉變換微光譜儀。
背景技術(shù)：
光譜儀通過對光信息的抓取、照相底片的顯影，或電腦化自動顯示數(shù)值儀器的顯示和分析，從而測知物品中含有何種元素，這種技術(shù)被廣泛地應(yīng)用于空氣污染、水污染、食品衛(wèi)生、金屬工業(yè)等檢測當(dāng)中。目前傅里葉變換型光譜儀主要由光源、邁克爾遜干涉儀和檢測器組成。而傅里葉變換紅外光譜儀的核心部分是邁克爾遜干涉儀，把樣品放在檢測器前，由于樣品對某些頻率的紅外光產(chǎn)生吸收，使檢測器接受到的干涉光強度發(fā)生變化，從而得到各種不同樣品的干涉圖。這種干涉圖是光隨著動鏡的移動距離而產(chǎn)生的變化曲線，借助傅里葉變換函數(shù)可得到光強隨頻率變化的頻域圖，這個過程可由計算機完成。但是由于該設(shè)計中涉及到動鏡或者叫做線性移動平臺，它主要依靠步進電機或者其他精密機械系統(tǒng)，所以儀器的便攜性受到限制，無法實現(xiàn)戶外實時的檢測，因此動鏡的小型化是解決傅里葉變換光譜儀的小型化的關(guān)鍵。微機電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)的發(fā)展開辟了一個全新的技術(shù)領(lǐng)域和產(chǎn)業(yè)，米用MEMS技術(shù)制作的微傳感器、微執(zhí)行器、微型構(gòu)件、微機械光學(xué)器件、真空微電子器件、電力電子器件等在航空、航天、汽車、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)控、軍事以及幾乎人們所接觸到的所有領(lǐng)域中都有著十分廣闊的應(yīng)用前景。微機電系統(tǒng)MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)是一種全新的必須同時考慮多種物理場混合作用的研發(fā)領(lǐng)域，相對于傳統(tǒng)的機械，它們的尺寸更小， 最大的不超過一個厘米，甚至僅僅為幾個微米。采用與集成電路類似的生成技術(shù)，可大量利用集成電路生產(chǎn)中的成熟技術(shù)和工藝，進行大批量、低成本地生產(chǎn)，使性價比相對于傳統(tǒng) “機械”制造技術(shù)大幅度提聞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠很好的小型化，并且能夠保證動鏡線性移動的基于微機電系統(tǒng)動鏡的傅里葉變換微光譜儀。本發(fā)明為了解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案本發(fā)明設(shè)計了一種基于微機電系統(tǒng)動鏡的傅里葉變換微光譜儀，包括邁克爾遜干涉儀、信號采集處理器和光電探測器；邁克爾遜干涉儀包括光源、第一分光鏡、第二分光鏡、動鏡和靜鏡,其中光源射出的光束通過第一分光鏡射到樣品上，經(jīng)樣品反射的光束經(jīng)第一分光鏡射到第二分光鏡上，第二分光鏡將光束分為兩路，一路射到靜鏡面上，一路射到動鏡面上，經(jīng)靜鏡、動鏡反射后的兩束光在第二分光鏡處匯合形成邁克爾遜干涉光路；邁克爾遜干涉光路信號被射到光電探測器上， 光電探測器將光信號轉(zhuǎn)化為電信號輸送至信號采集處理器中，通過傅立葉變換對包含樣品信息的光譜進行復(fù)原，分析光譜得到樣品信息，同時，信號采集處理器的輸出端與動鏡的控制端連接，所述動鏡是MEMS微鏡。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案所述MEMS微鏡是MEMS電熱驅(qū)動微鏡。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案還包括光電位置探測器和第三分光鏡，所述邁克遜干涉儀射出的邁克遜干涉光路被射到第三分光鏡上，第三分光鏡將邁克爾遜干涉光路分成兩路，一路包含樣品信息的干涉光信號被射到光電探測器上，另一路包含MEMS微鏡運動信息的光路被射到光電位置探測器上，光電位置探測器將光信號轉(zhuǎn)化為電信號傳輸至信號采集處理器中，信號采集處理器根據(jù)接收到的信號控制MEMS微鏡進行線性移動。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案所述第三分光鏡是雙色分光鏡。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案所述光電位置探測器是四象限光電位置探測器。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案還包括微光學(xué)基座，所述邁克爾遜干涉儀、信號采集處理器、光電探測器、光電位置探測器和第三分光鏡設(shè)置在微光學(xué)基座上。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案所述微光學(xué)基座的襯底為單晶娃片。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案所述微光學(xué)基座的襯底為SOI娃片，其中SOI 硅片包含兩層硅和一層二氧化硅，二氧化硅夾在兩層硅之間。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案所述微光學(xué)基座采用如下加工工藝得到
(1)對SOI硅片進行雙面標(biāo)準(zhǔn)清洗；
(2)在SOI娃片的其中一表面上沉淀一層金屬；
(3)對SOI硅片上的金屬層的表面進行甩膠、曝光、顯影；
(4)對金屬層腐蝕，得到引線，并去膠；
(5)對SOI硅片上引線所在面進行甩膠、曝光、顯影；
(6)采用干法刻蝕技術(shù)刻蝕安裝槽，直到刻蝕到二氧化硅層為止，并去膠。本發(fā)明所述一種基于微機電系統(tǒng)動鏡的傅里葉變換微光譜儀采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果
(1)采用微光學(xué)基座的設(shè)計，使得設(shè)備中光學(xué)元器件設(shè)置更加緊湊，實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)的微型化，提高了設(shè)備的便攜型；
(2)利用MEMS微鏡與反饋控制，保證了MEMS微鏡的線性移動；
(3)MEMS微鏡利用半導(dǎo)體技術(shù)批量生產(chǎn)，單個器件成本低，進而降低了整個設(shè)備的成本。


圖I為本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理流程圖2為本發(fā)明的三維圖3為本發(fā)明中MEMS電熱驅(qū)動微鏡的示意圖4為本發(fā)明中微光學(xué)基座加工工藝中步驟(I)的示意圖5為本發(fā)明中微光學(xué)基座加工工藝中步驟(2)的示意圖6為本發(fā)明中微光學(xué)基座加工工藝中步驟(3)的示意圖7為本發(fā)明中微光學(xué)基座加工工藝中步驟(4)的示意圖8為本發(fā)明中微光學(xué)基座加工工藝中步驟(5)的示意圖9為本發(fā)明中微光學(xué)基座加工工藝中步驟(6)的示意圖；I.光源，2.第一分光鏡,3.樣品,4.第二分光鏡,5.第三分光鏡,6. MEMS電熱驅(qū)動微鏡，7.靜鏡，8.光電探測器，9.光電位置探測器，10.微光學(xué)基座，11.支撐臂，12.驅(qū)動臂， 13.鏡面，14.硅層，15. 二氧化硅層，16.金屬層，17.引線，18.安裝槽，19.光刻膠，20.信號采集處理器。
具體實施例方式下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步詳細(xì)的說明。如圖I和圖2所示，本發(fā)明設(shè)計了一種基于微機電系統(tǒng)動鏡的傅里葉變換微光譜儀，包括邁克爾遜干涉儀、信號采集處理器和光電探測器；邁克爾遜干涉儀包括光源、第一分光鏡、第二分光鏡、動鏡和靜鏡，其中光源射出的光束通過第一分光鏡射到樣品上，經(jīng)樣品反射的光束經(jīng)第一分光鏡射到第二分光鏡上，第二分光鏡將光束分為兩路，一路射到靜鏡面上，一路射到動鏡面上，經(jīng)靜鏡、動鏡反射后的兩束光在第二分光鏡處匯合形成邁克爾遜干涉光路；邁克爾遜干涉光路信號被射到光電探測器上，光電探測器將光信號轉(zhuǎn)化為電信號輸送至信號采集處理器中，通過傅立葉變換對包含樣品信息的光譜進行復(fù)原，分析光譜得到樣品信息，同時，信號采集處理器的輸出端與動鏡的控制端連接，所述動鏡是MEMS 微鏡。MEMS微鏡的驅(qū)動方式有電熱驅(qū)動方式和靜電驅(qū)動方式等，作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案所述MEMS微鏡采用了 MEMS電熱驅(qū)動微鏡，其中，國外專利[W02004US13171; W02004099629A2]公開了一種MEMS電熱驅(qū)動微鏡，如圖3所示，由一個鏡面和四個驅(qū)動臂構(gòu)成的微機電系統(tǒng)，其中驅(qū)動臂對稱分布，每個驅(qū)動臂由多層材料構(gòu)成。驅(qū)動臂中包含電熱元件，施加電流使驅(qū)動臂溫度升高，然后利用雙層材料的熱膨脹差導(dǎo)致平面外的運動，從而推動鏡面運動，如果四個驅(qū)動臂施加同樣的電流，便可以推動鏡面Z向運動，配合反饋控制方式實現(xiàn)動鏡的線性移動。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案還包括光電位置探測器和第三分光鏡，所述邁克遜干涉儀射出的邁克遜干涉光路被射到第三分光鏡上，第三分光鏡將邁克爾遜干涉光路分成兩路，一路包含樣品信息的干涉光信號被射到光電探測器上，另一路包含MEMS微鏡運動信息的光路被射到光電位置探測器上，光電位置探測器將光信號轉(zhuǎn)化為電信號傳輸至信號采集處理器中，信號采集處理器根據(jù)接收到的信號控制MEMS微鏡進行線性移動。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案所述第三分光鏡是雙色分光鏡，它可將光源光和信號光分開成兩路。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案所述光電位置探測器是四象限光電位置探測器，四象限光電位置探測器實際上是由四個光電位置探測器構(gòu)成，每個探測器一個象限，目標(biāo)光信號經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)后在四象限光電探測器上成像。四象限光電探測器測角與定位技術(shù)利用四個光電探測器合理的布局，構(gòu)造出光斑大小隨目標(biāo)傾角變化關(guān)系，從而達到對于角度的測量。四象限光電探測器置于光學(xué)系統(tǒng)焦平面上或稍離開焦平面。當(dāng)目標(biāo)成像不在光軸上時，四個象限上探測器輸出的光電信號幅度不相同。通過比較四個光電信號的幅度大小不僅可以知道目標(biāo)成像在哪個象限上，而且可推算出光束的入射角度。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案還包括微光學(xué)基座，所述邁克爾遜干涉儀、信號采集處理器、光電探測器、光電位置探測器和第三分光鏡設(shè)置在微光學(xué)基座上。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案所述微光學(xué)基座的襯底為單晶娃片。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案所述微光學(xué)基座的襯底為SOI娃片，其中SOI 硅片包含兩層硅和一層二氧化硅，二氧化硅夾在兩層硅之間。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案所述微光學(xué)基座采用如下加工工藝得到
(1)如圖4所示，對SOI硅片進行雙面標(biāo)準(zhǔn)清洗；
(2)如圖5所不,在SOI娃片的其中一表面上沉淀一層金屬；
(3)如圖6所示，對SOI硅片上的金屬層的表面進行甩膠、曝光、顯影；
(4)如圖7所示，對金屬層腐蝕，得到引線，并去膠；
(5)如圖8所示，對SOI硅片上引線所在面進行甩膠、曝光、顯影；
(6)如圖9所示，采用干法刻蝕技術(shù)刻蝕安裝槽，直到刻蝕到二氧化硅層為止，并去膠。上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式作了詳細(xì)說明，但是本發(fā)明并不限于上述實施方式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出各種變化。
權(quán)利要求
1.一種基于微機電系統(tǒng)動鏡的傅里葉變換微光譜儀，包括邁克爾遜干涉儀、信號采集處理器和光電探測器；邁克爾遜干涉儀包括光源、第一分光鏡、第二分光鏡、動鏡和靜鏡， 其中光源射出的光束通過第一分光鏡射到樣品上，經(jīng)樣品反射的光束經(jīng)第一分光鏡射到第二分光鏡上，第二分光鏡將光束分為兩路，一路射到靜鏡面上，一路射到動鏡面上，經(jīng)靜鏡、 動鏡反射后的兩束光在第二分光鏡處匯合形成邁克爾遜干涉光路；邁克爾遜干涉光路信號被射到光電探測器上，光電探測器將光信號轉(zhuǎn)化為電信號輸送至信號采集處理器中，通過傅立葉變換對包含樣品信息的光譜進行復(fù)原，分析光譜得到樣品信息，同時，信號采集處理器的輸出端與動鏡的控制端連接，其特征在于所述動鏡是MEMS微鏡。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種基于微機電系統(tǒng)動鏡的傅里葉變換微光譜儀，其特征在于所述MEMS微鏡是MEMS電熱驅(qū)動微鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種基于微機電系統(tǒng)動鏡的傅里葉變換微光譜儀，其特征在于還包括光電位置探測器和第三分光鏡，所述邁克遜干涉儀射出的邁克遜干涉光路被射到第三分光鏡上，第三分光鏡將邁克爾遜干涉光路分成兩路，一路包含樣品信息的干涉光信號被射到光電探測器上，另一路包含MEMS微鏡運動信息的光路被射到光電位置探測器上，光電位置探測器將光信號轉(zhuǎn)化為電信號傳輸至信號采集處理器中，信號采集處理器根據(jù)接收到的信號控制MEMS微鏡進行線性移動。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種基于微機電系統(tǒng)動鏡的傅里葉變換微光譜儀，其特征在于所述第三分光鏡是雙色分光鏡。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種基于微機電系統(tǒng)動鏡的傅里葉變換微光譜儀,其特征在于所述光電位置探測器是四象限光電位置探測器。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種基于微機電系統(tǒng)動鏡的傅里葉變換微光譜儀,其特征在于還包括微光學(xué)基座，所述邁克爾遜干涉儀、信號采集處理器、光電探測器、光電位置探測器和第三分光鏡設(shè)置在微光學(xué)基座上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述一種基于微機電系統(tǒng)動鏡的傅里葉變換微光譜儀,其特征在于所述微光學(xué)基座的襯底為單晶娃片。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述一種基于微機電系統(tǒng)動鏡的傅里葉變換微光譜儀,其特征在于所述微光學(xué)基座的襯底為SOI娃片,其中SOI娃片包含兩層娃和一層二氧化娃,二氧化娃夾在兩層娃之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述一種基于微機電系統(tǒng)動鏡的傅里葉變換微光譜儀，其特征在于所述微光學(xué)基座采用如下加工工藝得到(1)對SOI硅片進行雙面標(biāo)準(zhǔn)清洗；(2)在SOI娃片的其中一表面上沉淀一層金屬；(3)對SOI硅片上的金屬層的表面進行甩膠、曝光、顯影；(4)對金屬層腐蝕，得到引線，并去膠；(5)對SOI硅片上引線所在面進行甩膠、曝光、顯影；(6)采用干法刻蝕技術(shù)刻蝕安裝槽，直到刻蝕到二氧化硅層為止，并去膠。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于微機電系統(tǒng)動鏡的傅里葉變換微光譜儀,包括邁克爾遜干涉儀、信號采集處理器和光電探測器，邁克爾遜干涉儀包括光源、第一分光鏡、第二分光鏡、MEMS微鏡和靜鏡，它們彼此之間通過連接對樣品實現(xiàn)掃描。本發(fā)明設(shè)計的基于微機電系統(tǒng)動鏡的傅里葉變換微光譜儀實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)的微型化，提高了設(shè)備的便攜型，能夠保證MEMS微鏡的線性移動，而且降低了整個設(shè)備的成本。
文檔編號G01N21/27GK102607701SQ201210065850
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月14日
發(fā)明者嚴(yán)冬梅, 傅霖來, 蘭樹明, 周亮, 管帥, 謝會開, 陳巧 申請人:無錫微奧科技有限公司