微F-P腔可调谐滤波器的设计与工艺制备

摘要

基于MEMS技术制作的微F-P腔可调谐滤波器作为超光谱成像系统中的关键光学器件，在空间目标成像系统中有着广泛的应用前景。随着世界各国对太空资源开发的热情的与日俱增，体积小、分辨率高、光谱范围大、集成度高的微F-P腔可调谐滤波器已成为迫切需求。但是传统的光谱成像设备较为复杂，重量体积也很大，分辨率也不够高，很难满足遥感成像技术高光谱分辨率的需求。而利用MEMS技术制造的阵列式微F-P腔可调谐滤波器却可以做的很小，在半导体基片上和探测器集成，使整个超光谱成像系统变得更为简单，结构更紧凑，能耗更低，精确度更高。
　　本研究先通过对微F-P腔可调谐滤波器的工作原理进行分析，探讨了器件的工作方式和驱动类型，并设计了整个微F-P腔的光学膜系结构，并对其光学结构进行模拟分析，结果显示：在红外中波段3~5μm的光谱调谐范围内，峰值透过率都保持在80％以上，半高宽（FWHM）保持在110nm左右，满足了实际要求；其次，利用有限元分析软件模拟了微F-P滤波器结构在施加不同驱动电压时的电学和力学特性，并确立了 L-arm类型的悬臂梁结构。仿真结果显示：调谐过程中L-arm结构的驱动电压为1.95V最大的倾斜角为0.002°，器件结构平整度和稳定性较好，在达到位移0.5μm时L-arm结构施加电压仅为1.90V，远远小于另外X-arm（7.81V）和+circular-arm（8.97V）两种结构的驱动电压。接着制定工艺实验方案，对其器件工艺制备过程进行了实践探索，并完成了关键工艺节点的突破，最后对完成器件进行了结构测试，测试结果显示器件的腔体结构已经完全悬空。对于器件设计和工艺制备过程中存在的一些问题，作者分析对应的原因，并给出了下一步探索改进的方案方法。

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缩略语对照表

第一章 绪论

1.1微F-P腔可调谐滤波器的研究背景和意义

1.2微F-P腔可调谐滤波器的国内外研究现状

1.3本文研究内容

1.4本章小结

第二章 微F-P腔可调谐滤波器的理论研究

2.1微F-P腔可调谐滤波器的工作原理

2.2微F-P腔可调谐滤波器的调谐方式和驱动类型

2.3微F-P腔可调谐滤波器的光学性能分析

2.4本章小结

第三章 微F-P腔可调谐滤波器结构设计与仿真

3.1微F-P腔可调谐滤波器基本结构设计

3.2微F-P腔可调谐滤波器的有限元仿真

3.3本章小结

第四章 微F-P腔可调谐滤波器关键工艺技术研究和器件制备

4.1微F-P腔可调谐滤波器的器件制备流程

4.2微F-P腔可调谐滤波器的关键工艺技术研究

4.3本章小结

第五章 总结与展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

致谢

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