基于MEMS技术的Fabry-Perot腔可调光学滤波器研究

来源 :中国科学院研究生院(上海微系统与信息技术研究所) | 被引量 : 8次 | 上传用户:GISSeven
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可调谐光学滤波器是现代光通信系统和传感器网络的关键器件,利用微机电系统(MEMS)技术的法布里—珀罗(Fabry-Perot)腔可调光学滤波器以其体积小、性能高、成本低等优点成为众多解决方案中有力的竞争者之一。本论文以该类型滤波器为研究对象,从理论与实际工艺制备等方面对其进行了探索。 论文阐述了F-P干涉仪的一般理论,利用矩阵法计算了多种的四分之一波堆光学介质薄膜的反射率和反射相移。以此为基础,较为系统地研究了高反射镜面的反射相移及其色散对短腔长的F-P干涉仪光学性能的影响。首次从理论上解释了由高反射镜面的反射相移和色散导致的短腔长的法布里—珀罗干涉仪自由谱域缩短效应,并由实验得到了验证。 论文研究将压电驱动精密、稳定的特点同MEMS批量制造优势相结合,自主设计了一种新型的压电驱动F-P腔可调光学滤波器,设计中采用了独特的阻挡块结构将两镜面的平行度保持在一个合适的范围。制备中先后尝试了普通硅片湿法腐蚀工艺、选择性外延工艺和利用SOI材料制作三种路线方案。 本论文首次利用湿法腐蚀工艺制备了F-P腔。经测试其插入损耗约为8dB,半波宽1.5~2nm,精细因子在50以上,两镜面无需静电调节机构即可保持良好的平行度。 本论文在国内首先开展了选择性外延工艺在MEMS领域的前期研究,尝试利用选择性外延工艺制作法布里—珀罗腔光学器件,总结了在选择性外延工艺当中的一些重要现象和效应,包括一些尚未见文献报道的现象。 本论文利用SOI硅片制备了新型的压电驱动F-P腔体可调光学滤波器并进行了初步的光学测试。在制备中笔者利用简单的各向异性湿法腐蚀工艺和金属溅射(或真空蒸发)工艺实现了将电极从硅片的一面引到另一面,该电极导引方法在本实验之前未见相关报道。 经初步测试可调滤波器的插入损耗约为8dB,半波宽5nm,加电驱动后透射峰值//摘要波长移动量可达2压un。笔者对实验结果进行了分析,对下一步的工作进行了展望,确定了改进方向与措施。
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