專利名稱：一種微型光譜儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種微型光譜儀，尤其涉及一種基于微電子機(jī)械系統(tǒng)技術(shù)(MEMS) 的微型光譜儀。
背景技術(shù)：
光譜學(xué)是測(cè)量紫外、可見、近紅外和紅外波段光強(qiáng)度的一種技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于多 種領(lǐng)域，如顏色測(cè)量、化學(xué)成份的濃度檢測(cè)或電磁輻射分析等。傳統(tǒng)光譜測(cè)量?jī)x由眾多光 學(xué)、電學(xué)與機(jī)械等分立器件組成，需要極其復(fù)雜的光路系統(tǒng)與精密機(jī)械結(jié)構(gòu)，降低了整個(gè)儀 器的可靠性，對(duì)儀器工作、存放環(huán)境也有著嚴(yán)格的要求，限制了對(duì)其更加廣泛的應(yīng)用。特別 是針對(duì)在線(現(xiàn)場(chǎng))光譜測(cè)量的應(yīng)用需求，傳統(tǒng)光譜儀無(wú)力解決，開發(fā)微型化光譜儀已成為 當(dāng)前一大研究熱點(diǎn)。隨著科技的進(jìn)步，微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)和微細(xì)加工技術(shù)已取得了迅猛的 發(fā)展。眾多基于MEMS技術(shù)的新型器件亦已嶄露頭角，其與傳統(tǒng)器件相比具有許多優(yōu)勢(shì)，如 體積小、功耗低、靈敏度高、重復(fù)性好、易批量生產(chǎn)、成本低、加工工藝穩(wěn)定等。采用MEMS技 術(shù)制作光譜儀已成為光譜儀開發(fā)的主流技術(shù)之一?，F(xiàn)有的基于微電子機(jī)械系統(tǒng)技術(shù)的微型光譜儀內(nèi)的反射微鏡采用高分子材料制 成，其共振頻率為50Hz。50Hz微鏡的擺動(dòng)狀態(tài)對(duì)環(huán)境溫度極其敏感，會(huì)造成光譜儀系統(tǒng)的 波長(zhǎng)準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性隨環(huán)境溫度發(fā)生漂移，熱穩(wěn)定性較差。為解決此技術(shù)問題，有采用復(fù)雜 的溫控系統(tǒng)控制溫度以抑制溫漂的方法，但是溫控系統(tǒng)的控溫精度有限，微鏡光譜儀系統(tǒng) 最后的波長(zhǎng)準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性仍然受到影響。因此，設(shè)計(jì)制造一種新型的、熱穩(wěn)定性高的光譜 儀微鏡對(duì)解決以上技術(shù)問題的意義重大。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種熱穩(wěn)定性高的光譜儀微鏡，提高光譜儀系統(tǒng)的波 長(zhǎng)準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。本實(shí)用新型的目的通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)—種微型光譜儀，該光譜儀由光纖連接器1、入射狹縫2、反射鏡3、閃耀光柵4、聚 焦鏡5和探測(cè)器6組成；待測(cè)光信號(hào)由光纖連接器1接入光譜儀，入射狹縫2位于光纖連接 器1后部，光信號(hào)經(jīng)由入射狹縫2入射到反射鏡3上，反射鏡3反射光信號(hào)至閃耀光柵4，閃 耀光柵4將入射光信號(hào)分解成不同波長(zhǎng)的單色光，單色光入射到聚焦鏡5上，由聚焦鏡5會(huì) 聚并反射到探測(cè)器6上，探測(cè)器6放置于聚焦鏡5會(huì)聚焦點(diǎn)處，探測(cè)器6測(cè)量接受的單色光 的強(qiáng)度；反射鏡3作周期性運(yùn)動(dòng)，使得入射光信號(hào)在閃耀光柵4上的入射角度和各入射光信 號(hào)中的單色光的空間排列位置呈周期性變化，各種波長(zhǎng)的單色光經(jīng)聚焦鏡5會(huì)聚后，依次 進(jìn)入探測(cè)器6中，實(shí)現(xiàn)全光譜的掃描。所述反射鏡3以硅為原材料，應(yīng)用微電子機(jī)械系統(tǒng)技 術(shù)(MEMS)制造而成，硅制的微鏡共振頻率為540Hz。本實(shí)用新型的目的還可以通過以下技術(shù)措施來(lái)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)[0009]前述一種微型光譜儀，其中反射鏡3的鏡面覆有高反射率的薄膜，薄膜的種類為 金屬Au或Ag或Al膜。前述一種微型光譜儀，其中閃耀光柵4的表面覆有高反射率的薄膜，薄膜的種類 為金屬Au或Ag或Al膜。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是以共振頻率為540Hz的硅制反射微 鏡代替高分子材料微鏡(共振頻率為50Hz)，解決了 50Hz微鏡的擺動(dòng)狀態(tài)對(duì)環(huán)境溫度極其 敏感，造成光譜儀系統(tǒng)波長(zhǎng)準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性隨環(huán)境溫度發(fā)生漂移、熱穩(wěn)定性差的技術(shù)問題。

圖1是微型光譜儀的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是電磁驅(qū)動(dòng)式反射鏡結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。如圖1所示，一種微型光譜儀，該光譜儀由光纖連接器1、入射狹縫2、反射鏡3、閃 耀光柵4、聚焦鏡5和探測(cè)器6組成；所述反射鏡3以硅為原材料，應(yīng)用微電子機(jī)械系統(tǒng)技 術(shù)(MEMS)制造而成，硅制的微鏡共振頻率為540Hz，反射鏡3的鏡面覆有高反射率的鍍金 (Au)薄膜；所述閃耀光柵4的表面也覆有高反射率的鍍金(Au)薄膜。待測(cè)光信號(hào)由光纖 連接器1接入光譜儀，入射狹縫2位于光纖連接器1后部，光信號(hào)經(jīng)由入射狹縫2入射到反 射鏡3上，反射鏡3反射光信號(hào)至閃耀光柵4，閃耀光柵4將入射光信號(hào)分解成不同波長(zhǎng)的 單色光，單色光入射到聚焦鏡5上，由聚焦鏡5會(huì)聚并反射到探測(cè)器6上，探測(cè)器6放置于 聚焦鏡5會(huì)聚焦點(diǎn)處，探測(cè)器6測(cè)量接受的單色光的強(qiáng)度；反射鏡3在外加信號(hào)激勵(lì)下作周 期性運(yùn)動(dòng)，使得入射光信號(hào)在閃耀光柵4上的入射角度和各入射光信號(hào)中的單色光的空間 排列位置呈周期性變化，各種波長(zhǎng)的單色光經(jīng)聚焦鏡5會(huì)聚后，依次進(jìn)入探測(cè)器6中，實(shí)現(xiàn) 全光譜的掃描。本實(shí)施例采用電磁驅(qū)動(dòng)反射鏡3，該系統(tǒng)由一個(gè)高反射率平面鏡8、懸臂梁9、金屬 線圈11、外部永磁體12組成，其制作工藝使用硅深反應(yīng)離子蝕刻技術(shù)和氫氧化鉀各向異性 腐蝕技術(shù)。平面鏡與線圈處于永磁體磁場(chǎng)內(nèi)，當(dāng)線圈通電時(shí)，產(chǎn)生的磁場(chǎng)力帶動(dòng)平面鏡偏 轉(zhuǎn)，線圈中的電流強(qiáng)度控制平面鏡偏轉(zhuǎn)角度。本實(shí)用新型使用共振頻率為540Hz的硅材料微鏡來(lái)取代50Hz的高分子微鏡。在 系統(tǒng)中用熱源靠近硅材料微鏡時(shí)，觀察其擺動(dòng)穩(wěn)定性并了解溫度對(duì)其運(yùn)動(dòng)的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié) 果表明硅材料微鏡對(duì)環(huán)境熱的敏感程度明顯好于以前的微鏡。最多觀測(cè)到約為5us的峰位 置移動(dòng)，相當(dāng)于約7nm的移動(dòng)。另外微鏡運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的重復(fù)性也較好，每次開機(jī)后的峰位置移 云力小于5us。除上述實(shí)施例外，本實(shí)用新型還可以有其他實(shí)施方式，凡采用等同替換或等效變 換形成的技術(shù)方案，均落在本實(shí)用新型要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求一種微型光譜儀，該光譜儀由光纖連接器(1)、入射狹縫(2)、反射鏡(3)、閃耀光柵(4)、聚焦鏡(5)和探測(cè)器(6)組成；待測(cè)光信號(hào)由光纖連接器(1)接入光譜儀，入射狹縫(2)位于光纖連接器(1)后部，光信號(hào)經(jīng)由入射狹縫(2)入射到反射鏡(3)上，反射鏡(3)反射光信號(hào)至閃耀光柵(4)，閃耀光柵(4)將入射光信號(hào)分解成不同波長(zhǎng)的單色光，單色光入射到聚焦鏡(5)上，由聚焦鏡(5)會(huì)聚并反射到探測(cè)器(6)上，探測(cè)器(6)放置于聚焦鏡(5)會(huì)聚焦點(diǎn)處，探測(cè)器(6)測(cè)量接受的單色光的強(qiáng)度；反射鏡(3)作周期性運(yùn)動(dòng)，使得入射光信號(hào)在閃耀光柵(4)上的入射角度和各入射光信號(hào)中的單色光的空間排列位置呈周期性變化，各種波長(zhǎng)的單色光經(jīng)聚焦鏡(5)會(huì)聚后，依次進(jìn)入探測(cè)器(6)中，實(shí)現(xiàn)全光譜的掃描，其特征在于，所述反射鏡(3)以硅為原材料，應(yīng)用微電子機(jī)械系統(tǒng)技術(shù)MEMS制造而成，硅制反射鏡(3)以540Hz的共振頻率作周期性運(yùn)動(dòng)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種微型光譜儀，其特征在于，所述反射鏡(3)的鏡面覆有高反 射率的薄膜，薄膜的種類為金屬Au或Ag或Al膜。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種微型光譜儀，其特征在于，所述閃耀光柵(4)的表面覆 有高反射率的薄膜，薄膜的種類為金屬Au或Ag或Al膜。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種微型光譜儀，該光譜儀由光纖連接器、入射狹縫、反射鏡、閃耀光柵、聚焦鏡和探測(cè)器組成。待測(cè)光信號(hào)由光纖連接器接入光譜儀，入射狹縫位于光纖連接器后部，光信號(hào)經(jīng)由入射狹縫入射到反射鏡上，反射鏡反射光信號(hào)至閃耀光柵，閃耀光柵將入射光信號(hào)分解成不同波長(zhǎng)的單色光，單色光入射到聚焦鏡上，由聚焦鏡會(huì)聚并反射到探測(cè)器上，實(shí)現(xiàn)全光譜的掃描。所述反射鏡以硅為原材料，應(yīng)用微電子機(jī)械系統(tǒng)技術(shù)(MEMS)制造而成。硅制微鏡共振頻率為540Hz，解決了現(xiàn)有高分子微鏡的擺動(dòng)狀態(tài)對(duì)環(huán)境溫度極其敏感，造成光譜儀系統(tǒng)波長(zhǎng)準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性隨環(huán)境溫度發(fā)生漂移、熱穩(wěn)定性差的技術(shù)問題。
文檔編號(hào)G01J3/12GK201697714SQ200920255548
公開日2011年1月5日 申請(qǐng)日期2009年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月20日
發(fā)明者嚴(yán)松, 唐明, 龍濤 申請(qǐng)人:江蘇惠通集團(tuán)有限責(zé)任公司