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微型红外光Fabry-Perot腔滤波器研究

作　者: 张建飞
导　师: 姚军
学　校: 中国科学院研究生院（光电技术研究所）
专　业: 光学工程
关键词: 微机电系统微Fabry-Perot腔滤波器光栅静电驱动微桥
分类号: TN713
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

基于MEMS技术制作的微Fabry-Perot可调谐滤波器在微型光谱仪、密集波分复用的光通信系统中有广泛的应用前景。与其他可调谐滤波器相比，它具有体积小，易与激光器、探测器或调制器集成、可调谐光谱范围大，光谱分辨率高等优点。本文以微型滤波器作为研究对象，提出了一种光栅与Fabry-Perot腔相结合的新型MEMS Fabry-Perot滤波器结构，这种滤波器既能保证较宽的自由光谱范围又能够获得较窄的半波宽。从实现机理、参数设计和选择，对Fabry-Perot滤波器的结构进行深入分析。主要内容包括：(1)对微型Fabry-Perot滤波器的研究现状进行深入调研，分析现有微型光谱仪器的性能及面临的困难；提出由光栅与Fabry-Perot腔组成的微型结构设计方案，即能保证较宽自由光谱范围，又能有效提高光谱分辨率。(2)分析了新型Fabry-Perot滤波器的工作原理，着重讨论分光系统对入射平行光的光强调制作用，并分析其光学特性。(3)利用IntelliSuit有限元分析，对设计的Fabry-Perot微桥结构进行了驱动性能模拟，并分析了器件的平行度和稳定性。通过选择不同的微桥桥面厚度(0.5μm，0.6μm，0.7μm，0.8μm，0.9μm，1μm)，比较微桥在静电力作用下的平整度，发现当微桥表面厚度为1μm时，得到了一个较优结果，在5V电压下，上反射镜的倾斜位移L为9.11nm，最大腔长变化量为242nm。(4)详细介绍了Fabry-Perot滤波器中需要用到的加工技术，光刻、沉积、刻蚀、表面微加工技术等。并且分析了工艺过程中可能会出现的一些问题，如薄膜应力控制、牺牲层的释放等，针对这些问题给出了相应的解决方法。最后，利用表面微加工技术，探讨性的提出了滤波器的工艺制作流程。

全文目录

致谢  4-5
摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-18
  1.1 课题背景  10-14
    1.1.1 MEMS 技术  10-11
    1.1.2 微 Fabry-Perot 腔滤波器的发展  11-14
  1.2 微 Fabry-Perot 腔滤波器的应用  14-16
    1.2.1 微型光谱仪分光模块中的应用  14
    1.2.2 光通信波分复用技术中的应用  14-16
  1.3 本论文研究的内容和创新点  16-18
    1.3.1 研究内容  16-17
    1.3.2 研究创新点  17-18
第2章基于光栅与 Fabry-Perot 腔相结合的滤波器相关理论知识  18-26
  2.1 Fabry-Perot 滤波器基本原理  18-19
  2.2 评价 Fabry-Perot 腔滤波器性能的主要参数  19-20
  2.3 光栅与 Fabry-Perot 腔相结合的滤波器实现机理  20-25
    2.3.1 平行光通过光栅后的衍射  22-24
    2.3.2 衍射光通过 Fabry-Perot 腔后的滤波  24-25
  2.4 小结  25-26
第3章微 Fabry-Perot 腔滤波器的设计  26-51
  3.1 结构设计  26-31
    3.1.1 概述  26-27
    3.1.2 驱动方式设计  27-29
    3.1.3 Fabry-Perot 腔结构设计  29-31
  3.2 器件材料选择  31-35
    3.2.1 概述  32
    3.2.2 驱动器材料的选择  32-33
    3.2.3 反射镜材料  33-35
  3.3 静电驱动微 Fabry-Perot 腔滤波器的模拟分析  35-49
    3.3.1 概述  35-37
    3.3.2 静电驱动的吸合效应  37-39
    3.3.3 Intellisuit 仿真分析  39-47
    3.3.4 结构参数优化  47-49
  3.4 小结  49-51
第4章微 Fabry-Perot 腔滤波器的制作工艺步骤  51-63
  4.1 关键工艺简介  51-55
    4.1.1 光刻  51-53
    4.1.2 沉积  53-54
    4.1.3 刻蚀  54-55
  4.2 表面微加工技术  55-58
    4.2.1 概述  55-56
    4.2.2 工艺中需要考虑的问题及其解决办法  56-58
  4.3 微 Fabry-Perot 腔滤波器的掩模版版图绘制  58-60
  4.4 微 Fabry-Perot 腔滤波器的制作流程探讨  60-62
  4.5 小结  62-63
第5章总结与展望  63-65
  5.1 全文总结  63-64
  5.2 后续的工作进展  64-65
参考文献  65-67
作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果  67

微型红外光Fabry-Perot腔滤波器研究

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