[发明专利]基于空间分束的光学MEMS干涉仪

说明书

一种基于空间分束的光学微机电系统(MEMS)干涉仪包括用于将输入光束空间分束成两个干涉仪光束的空间分束器和用于将两个干涉仪光束空间合束的空间合束器。提供了一种MEMS可移动镜，用于产生第一干涉仪光束和第二干涉仪光束之间的光学路径差。

相关申请的交叉引用

本国际申请要求以下美国申请的优先权，其全部内容通过引用的方式并入本文并且成为本国际专利申请的一部分以用于所有目的：

1. 2013年2月4日提交的题目为“Spatial Splitting-Based Optical MEMSInterferometers”的未决美国实用新型申请序列号13/758,580(代理人案号No.BASS01-00016)，其根据35U.S.C.§119(e)要求以下美国临时专利申请的优先权，该美国临时专利申请的全部内容通过引用的方式并入本文并且成为本美国实用新型专利申请的一部分以用于各种目的：

a.2013年1月7日提交的题目为“Spatial Splitting-Based Optical MEMSInterferometers”的未决美国临时专利申请序列号61/749,835(代理人案号No.BASS01-00016)。

技术领域

本发明涉及光学MEMS干涉仪。

背景技术

微机电系统(MEMS)技术，以及其各种致动技术，实现了光子器件的新功能和特征。例如，通过使用MEMS致动来控制干涉仪的可移动镜，可以引入干涉仪光学路径长度的位移，并且因此，可以获得干涉光束之间的差分相位。所获得的差分相位可以用于测量干涉仪光束的光谱响应(例如，使用傅里叶变换光谱学)、组织的次表面图像(使用光学相干断层成像)、移动的镜的速度(例如，使用多普勒效应)，或者仅作为光学相位延迟元件。

MEMS干涉仪是诸如光学光谱仪之类的很多传感器应用中的关键元件。近期已经使用诸如绝缘体上硅(SOI)晶片上的表面微加工、LIGA以及深层反应离子刻蚀(DRIE)之类的技术对MEMS干涉仪进行了改进。

大多数微加工干涉仪是基于使用借助介电界面的反射和透射的常规分束技术(分束器)。这种干涉仪一般进一步包括固定和可移动金属镜。当使用在SOI晶片上进行DRIE的技术时，MEMS微镜通过使用掩膜溅射技术将硅侧壁选择性金属化而形成。这一金属化技术表现出微加工干涉仪的一个主要问题，因为在镜和分束器之间需要留出相对大的距离。这一距离是由于镜的金属化需要，同时保持分束器介电表面免受金属影响。这种长的光学传播距离降低了干涉仪的性能，尤其在有限的SOI器件高度的情况下。此外，由于在分束器的介质内的传播，在近红外和可见光波长范围可能引入吸收损耗。

在微加工干涉仪中面临的另一问题是色散。如上文所述，在基于MEMS的干涉仪中，分束器可以是硅壁或者仅是空气/硅(或者任何其他材料)界面。在这种结构中，光束在一个臂中穿过硅部分，而第二臂没有硅(例如仅在空气中传播)。由于硅(或者用于分束器的任何其他等效材料)具有随波长变化的折射率，所以可能在干涉仪中引入相位错误(依赖于波长的相位偏移)。这一问题可以通过加入补偿界面解决。然而，如果这些界面未进行抗反射涂覆，则加入这种补偿介电界面可能导致更大的菲涅耳(Fresnel)损耗。在光学MEMS单片系统中，诸如使用对SOI晶片进行DRIE而制作的MEMS单片系统，抗反射涂覆不是简单的工艺步骤。此外，对于像FTIR光谱学的应用而言，AR涂覆一般带宽不够宽。由于使用DRIE所致的刻蚀表面的表面粗糙度，具有很多界面还导致更多的散射损耗。因此，需要更高效率的微加工干涉仪。

发明内容