基于MEMS技術(shù)的角度可調(diào)諧光濾波器研究.pdf

1、可調(diào)諧光濾波器是現(xiàn)代光通信系統(tǒng)和傳感器網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵器件。研究和開發(fā)成本低、體積小、響應(yīng)快、調(diào)諧范圍寬以及偏振不敏感的可調(diào)諧光濾波器成為迫切需要。本文提出了一種基于MEMS(Micro-electroMechanicalSystem，微機(jī)電系統(tǒng))工藝技術(shù)的新型結(jié)構(gòu)的角度調(diào)諧光濾波器。該器件結(jié)構(gòu)簡單、易于制備、響應(yīng)速度快、偏振相關(guān)損耗低且波長可在較大范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，具有一定的實(shí)用價(jià)值。 文中采用技術(shù)成熟的多層介質(zhì)膜濾波片進(jìn)行濾波，并

2、利用電磁驅(qū)動(dòng)的微機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)角度調(diào)諧。論文內(nèi)容主要包括器件原理分析與總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和器件制備與測(cè)試三部分： (1)器件原理分析與總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。首先對(duì)濾波片在斜入射條件下的偏振效應(yīng)進(jìn)行了分析，提出了采用雙折射晶體與半波片組合將入射光在濾波前分為兩束并轉(zhuǎn)換為同一偏振態(tài)，濾波后還原偏振態(tài)再合束的方法，有效地消除了偏振的影響；其次，針對(duì)正入射附近角度調(diào)諧靈敏度較低的缺點(diǎn)，提出將濾波片工作角度預(yù)偏置的方法來提高靈敏度，從而

3、降低了調(diào)諧范圍對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)角度的要求；最后，對(duì)斜入射條件下的光束移位效應(yīng)進(jìn)行了分析，提出了采用新穎的空頻域迭代法來計(jì)算透射光斑隨角度增大時(shí)的展寬情況。 (2)轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)?；陔姶鸥袘?yīng)原理，本文提出一種帶有組尼線圈的電磁驅(qū)動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)，有效地提高了微機(jī)械角度調(diào)節(jié)裝置的響應(yīng)速度。轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)上下兩表面同時(shí)電鍍金屬線圈，上表面線圈起驅(qū)動(dòng)作用，下表面線圈起阻尼作用。通過建立結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型，結(jié)合靜態(tài)與動(dòng)態(tài)的受力運(yùn)動(dòng)分析，確定了最佳的結(jié)構(gòu)參數(shù)。

4、 (3)器件制各與測(cè)試。文中給出了轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)的完整制作工藝流程，重點(diǎn)介紹了犧牲層，電鍍以及深度離子反應(yīng)腐蝕工藝，確定了相應(yīng)的工藝參數(shù)，得到了轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)芯片。通過將轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)與濾波片，雙折射晶體、半波片和永磁體進(jìn)行組裝，最后完成了角度可調(diào)諧濾波器的制備。本文選用中心波長為1610nm的介質(zhì)膜干涉濾波片，當(dāng)預(yù)偏置角度取25°時(shí)得到了以下初步測(cè)試結(jié)果：在±5°內(nèi)，波長調(diào)諧范圍可達(dá)到40nm(1532nm～1572nm)，插入損耗＜5dB，3dB