基于SOI工藝的扭轉式微機械掃描光柵設計及制作

靳 倩

（中國空空導彈研究院，河南 洛陽471000）

引言

光譜分析技術是一種重要的理化分析與檢測手段，光譜儀是實現光譜分析的基本設備。基于扭轉式微機械掃描光柵的微型光譜儀由于具有質量輕、體積小、結構緊湊、性能穩定、探測速度快、可以批量生產以及成本低廉的優點，廣泛地應用于臨床醫學體檢、軍事探查、野外現場檢測、星載分析檢測等場合［1］。

扭轉式微機械掃描光柵作為微型光譜儀的核心器件，其性能很大程度上制約著微型光譜儀的應用。為了實現微型光譜儀的市場化應用，希望其同時兼備體積輕巧、光譜分辨率高、驅動控制簡單以及成本低廉這些優良的性能特點。基于SOI技術制備的扭轉式微機械掃描光柵的微型光譜儀是利用光譜掃描的方式進行探測的，因此其只需一個單點探測器即可完成光譜的識別，從而在不影響器件光譜分辨率的前提下大大降低了器件的成本［2］。

1 工作原理

扭轉式微機械掃描光柵的工作原理為：在一個可以轉動的平面（光柵質量平板）上刻出光柵結構，利用驅動裝置使光柵的質量平板進行扭轉，實現分光和光譜的掃描作用。如圖1所示，當一束復色光入射到光柵表面，將產生光的衍射現象，假設復色光入射角度不變，微機械掃描光柵在驅動力的作用下偏轉了θ角度，則經光柵衍射后的相同衍射級次的光譜將會發生2θ的偏轉；又因為扭轉式微機械掃描光柵可以實現2個方向的扭轉，因此其產生的衍射光譜可以實現4θ的偏轉，即光譜掃描角度可達到4θ，滿足了微型光譜儀大譜段掃描的需求。……