[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于MEMS的可調(diào)紅外濾波器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510469697.1
• 申請(qǐng)日: 2015-08-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105022158B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張忠祥
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 深圳力策科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G02B26/00
• 分類(lèi)號(hào): G02B26/00
• 代理公司: 深圳市中科創(chuàng)為專(zhuān)利代理有限公司44384
• 代理人: 高早紅,謝亮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及濾波器領(lǐng)域，尤其涉及的是一種基于MEMS的可調(diào)紅外濾波器。

背景技術(shù)

紅外可調(diào)濾波器在光通信、光譜學(xué)與光譜成像、激光測(cè)距與測(cè)速、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用。在近紅外波段（波長(zhǎng)0.7~2.5um），激光系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于通信、激光精密測(cè)量等領(lǐng)域。而在中紅外波段（波長(zhǎng)0.25~25um），由于生物體與氣體的本征吸收或者振動(dòng)大多處于該波段，因此中紅外光譜學(xué)常常被用于生物醫(yī)藥與氣體傳感領(lǐng)域。遠(yuǎn)紅外波段（波長(zhǎng)40~3000um，長(zhǎng)波已經(jīng)與毫米波、微波重疊）則是一個(gè)新興學(xué)科，也經(jīng)常被稱(chēng)為太赫茲（THz）波，在超寬帶光通信、安防、時(shí)域光譜等領(lǐng)域也開(kāi)始日益廣泛應(yīng)用。目前的紅外可調(diào)濾波器普遍基于聲光調(diào)制、液晶、法布里-泊羅干涉等原理，在調(diào)節(jié)帶寬、集成度、成本控制等方面均存在應(yīng)用瓶頸。表面等離子體器件因?yàn)槠淦矫婊⒓苫粡V泛研究應(yīng)用與各個(gè)領(lǐng)域。但是表面等離子體器件普遍基于微加工工藝，加工定型后很難調(diào)節(jié)其光學(xué)特性，一般的調(diào)節(jié)手段如溫度、脈沖光等又存在設(shè)備復(fù)雜、調(diào)節(jié)速度慢等特點(diǎn)。

因此，現(xiàn)有技術(shù)存在缺陷，需要改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：提供一種在主動(dòng)模式和被動(dòng)模式均可以調(diào)中心波長(zhǎng)的基于MEMS的可調(diào)紅外濾波器。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種基于MEMS的可調(diào)紅外濾波器，集成了MEMS可調(diào)機(jī)械結(jié)構(gòu)與表面等離子體共振單元，表面等離子體共振單元為由上下兩層金屬結(jié)構(gòu)組成的雙層金屬結(jié)構(gòu)，其中，雙層金屬結(jié)構(gòu)的上層和下層分別設(shè)置有互補(bǔ)圖案形狀的上耦合層和下耦合層，互補(bǔ)圖案的上耦合層和下耦合層具有相同或者相近的幾何參數(shù)；并且，MEMS可調(diào)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)置有用于支撐上耦合層的可動(dòng)平行支撐板和用于設(shè)置下耦合層的下層襯底，可動(dòng)平行支撐板通過(guò)柱體與下層襯底相連；并且，可動(dòng)平行支撐板上設(shè)有金屬電極；下層襯底包括底材和金屬膜；并且，金屬膜上設(shè)置有金屬孔洞結(jié)構(gòu)。

應(yīng)用于上述技術(shù)方案，所述的基于MEMS的可調(diào)紅外濾波器中，其特征在于：其工作波段為0.7um至3000um之間。

應(yīng)用于各個(gè)上述技術(shù)方案，所述的基于MEMS的可調(diào)紅外濾波器中，上耦合層和下耦合層的互補(bǔ)圖案形狀為十字形、或圓形，并且，上下耦合層可以設(shè)置為頻率選擇平面、或超材料金屬諧振環(huán)。

應(yīng)用于各個(gè)上述技術(shù)方案，所述的基于MEMS的可調(diào)紅外濾波器中，雙層金屬結(jié)構(gòu)的大小或者排布周期為紅外濾波器工作范圍的中心波長(zhǎng)或者附近，互補(bǔ)圖案形狀的上下耦合層的尺寸小于紅外濾波器工作范圍的中心波長(zhǎng)，并且，上下耦合層的距離小于中心波長(zhǎng)的四分之一。

應(yīng)用于各個(gè)上述技術(shù)方案，所述的基于MEMS的可調(diào)紅外濾波器中，上下層耦合距離調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)置為采用金屬材料或者陶瓷材料制成的柱體，并且，MEMS可調(diào)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)置為柱體錨、或微懸梁臂。

應(yīng)用于各個(gè)上述技術(shù)方案，所述的基于MEMS的可調(diào)紅外濾波器中，底材的制作材料設(shè)置為亞克力膠、或石英、或玻璃、或硅（Si）、或砷化鎵（GaAs）、或磷化銦（InP）、或聚酰亞胺、或聚合物。

應(yīng)用于各個(gè)上述技術(shù)方案，所述的基于MEMS的可調(diào)紅外濾波器中，可動(dòng)平行支撐板通過(guò)柱體與下層襯底相連，并懸空設(shè)置設(shè)置在下層襯底上方。

采用上述方案，本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)在于：

1，表面等離子體共振結(jié)構(gòu)具有高集成度及平面化的優(yōu)點(diǎn)，金屬結(jié)構(gòu)在紅外波段的插入損耗（insertion loss）也相對(duì)較小。

2，調(diào)節(jié)范圍相對(duì)較寬，在近紅外波段可以實(shí)現(xiàn)20~100nm波長(zhǎng)的調(diào)節(jié)，中紅外波段可以實(shí)現(xiàn)5~10微米波長(zhǎng)的調(diào)節(jié)，在遠(yuǎn)紅外與太赫茲波段可以實(shí)現(xiàn)10~120微米波長(zhǎng)調(diào)節(jié)。

3，所述濾波器實(shí)現(xiàn)帶通（bandpass）濾波的效果，其半高寬（FWHM）可以由共振結(jié)構(gòu)的圖形調(diào)節(jié)，為不同的應(yīng)用提供了更大彈性。

4，MEMS調(diào)節(jié)速度較快，調(diào)節(jié)方式相比傳統(tǒng)機(jī)械式調(diào)節(jié)功耗更低、集成度更高，對(duì)于產(chǎn)品化的應(yīng)用成本更低。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的基于MEMS的可調(diào)紅外濾波器工作原理圖；

圖2是本發(fā)明的基于MEMS的可調(diào)紅外濾波器剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明所述雙層互補(bǔ)表面等離子體共振結(jié)構(gòu)實(shí)例；

圖4是本發(fā)明所述光譜穿透曲線(xiàn)隨加載在MEMS結(jié)構(gòu)中電壓的變化圖。

具體實(shí)施方式

以下本發(fā)明結(jié)合附圖進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。