NO20161086A1 - Modulerbar Fabry-Perot - Google Patents
Modulerbar Fabry-Perot Download PDFInfo
- Publication number
- NO20161086A1 NO20161086A1 NO20161086A NO20161086A NO20161086A1 NO 20161086 A1 NO20161086 A1 NO 20161086A1 NO 20161086 A NO20161086 A NO 20161086A NO 20161086 A NO20161086 A NO 20161086A NO 20161086 A1 NO20161086 A1 NO 20161086A1
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- fabry
- actuators
- perot interferometer
- wavelength
- modulation
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 12
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 10
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims description 6
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 6
- 239000004038 photonic crystal Substances 0.000 claims description 6
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 5
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 2
- 229910052451 lead zirconate titanate Inorganic materials 0.000 description 17
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 14
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 14
- 239000000463 material Substances 0.000 description 11
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 7
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 5
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 5
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 5
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 2
- 238000002546 full scan Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000004549 pulsed laser deposition Methods 0.000 description 2
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 2
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 2
- 235000008694 Humulus lupulus Nutrition 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 238000000708 deep reactive-ion etching Methods 0.000 description 1
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 238000001307 laser spectroscopy Methods 0.000 description 1
- HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N lead zirconate titanate Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ti+4].[Zr+4].[Pb+2] HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/41—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length
- G01N21/45—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length using interferometric methods; using Schlieren methods
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/12—Generating the spectrum; Monochromators
- G01J3/26—Generating the spectrum; Monochromators using multiple reflection, e.g. Fabry-Perot interferometer, variable interference filters
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
- G02B26/001—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements based on interference in an adjustable optical cavity
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
- Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
- Optical Filters (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Micromachines (AREA)
Abstract
Fabry-Perot interferometer bestående av to plane speil-flater, hvorav minst en av speil-flatene er både delvis transmitterende og delvis reflekterende, hvor det finnes minst 2 aktuatorer eller sett av aktuatorer, hvor den første aktuatoren eller settet av aktuatorer benyttes for å justere bølgelengden, og hvor den andre aktuatoren eller settet av aktuatorer benyttes for å modulere bølgelengden med en gitt frekvens.
Description
Oppfinnelsen omhandler en ny type avstembart optisk filter, av type Fabry-Perot (FP). Den vanlige måten å anvende et elektronisk tunbart Fabry-Perot filter er å foreta et bølgelengde skann ved å endre avstanden mellom speilene i en tilnærmet konstant fart, og hvorpå en sampler den spektrale responsen og etterbehandler denne digitalt. For å redusere bidraget fra 1/f-støy, ønsker en å gjennomføre så mange skann per sekund som mulig. Som regel er skannefrekvensen begrenset av det bevegelige speilets masse, fjærstivhet og tilgjengelig kraft. La oss anta at vi kan skanne Fabry-Perot filtert/interferometeret med Ω=10 Hz på denne måten. Ideelt ønsker vi kanskje en deteksjonsfrekvens på 1000 Hz. Dette kan vi oppnå ved å addere en høyfrekvent sinus (eller et periodisk signal) modulasjon på f = 500 Hz, og så demodulere signalet på 2*f, og således detektere den 2.harmoniske, på samme måte som i harmonisk deteksjon i diode laser spektrometri. Skannebevegelsen til f er typisk mye mindre enn skannebevegelsen for Ω .
En Fabry-Perot som er laget med unimorf aktuatorer av piezo-elektrisk materiale på silisium kan typisk gjennomføre 10<10>fulle skann. Altså skann fra ytterkant til ytterkant. Dette tilsvarer 10 års bruk ved 30 Hz, eller et års bruk ved 300 Hz. Det vil derfor være fordelaktig å redusere antallet fulle skann, og heller oppnå den høye frekvensen ved hjelp av en overlagret sinus.
Bly zirconat titanat (PZT) er et piezo-elektrisk materiale som er godt egnet. En PZT FP som er laget med unimorf aktuatorer på silisium, vil typisk oppnå brudd eller delaminering eller kortslutning på grunn av gjentatte bøyinger med høyt stress, spesielt når aktuatorene er i maksimal utbøying. Vi foreslår derfor at selve skannet, eller bølgelengdejusteringen, utføres med den opprinnelige aktuatoren på frekvensen Ω ,�mens det lages en ny aktuator A med lavere stress hvor modulasjonsfrekvensen f benyttes. Dette vil føre til mye mindre stress, da den nye aktuatoren er nærmere nullpunktet sitt, og amplituden på modulasjonsfrekvens f er mye mindre enn det totale bølgelengdeskannet. Dette vi øke levetiden dramatisk. En kan videre lage aktuator A med tynnere PZT, hvilket gir mindre stress, men også mindre mekanisk utslag. Eller en kan lage aktuator A av PZT med lavere stress. Disse har typisk bedre levetid, men mindre mekanisk utslag. Dette kan for eksempel oppnås ved å modifisere strukturen på området for aktuator A, f.eks ved å modifisere bunnelektroden, etse PZT litt for å endre grostrukturen, eller varmebehandle det aktuell området på en bestemt måte.
Et annet alternativ er å lage aktuator A med elektrostatisk modulasjon. Elektrostatisk modulasjon har typisk kort slaglengde, og er ikke godt egnet for skann over et større bølgelengdeområde, men på den annen side tåler den svært mange sykler. Altså Ω�med en PZT aktuator og f med en elektrostatisk aktuator. Den elektrostatiske aktuatoren kan være av type plate eller finger/kam eller vertikal kam.
Aktuatoren kan også være elektromagnetisk, hvor for eksempel en magnet festes til den bevegelige delen av Fabry-Perot’en, og hvor den høyfrekvente skanningen utføres ved å påtrykke et magnetfelt, slik som i en høyttaler eller i en elektromotor. Eller en kan montere eller integrere en elektrisk leder, vanligvis en spole, på den bevegelig Fabry-Perot delen, og benytte en ekstern magnet til å sette opp et felt, slik at det er mulig å skanne filteret raskt.
Aktuatoren kan også være termisk, og hvor f.eks en PZT aktuator benyttes til den raske modulasjonen. Aktuatorene kan også være laget som PZT bimorf. PZT er bare en av mange piezoelektriske materialer som egner seg i aktuatorer, og i tillegg finnes det mange elektrostriktive materialer som kan egne seg.
Videre er det et poeng å unngå squeeze-film effekt, eller demping av modulasjonen ved høy frekvens. Squeece-film effekt skyldes at luft må transporteres bort i den smale kanalen mellom to overflater. Speil som er laget av fotonisk krystall membraner har store gjennomgående hull i seg, og disse kan funger som avlastingskanaler for å redusere squeeze-film effekten. Et annet alternativ for å unngå demping av modulasjon er å pakke sensoren i vakuum.
Andre typer speil som er egnet er vanlig multilags speil (interferensfilter/speil), metalliske speil, kombinasjon av metalliske speil og multilags speil, speil basert på fotoniske krystaller eller speil basert på overflateplasmoner. Speil basert på overflateplasmoner kan for eksempel lages ved hjelp av mønstret metall på et optisk transmitterende substrat.
Ved elektrostatisk modulasjon kan det være en fordel å anvende endestopp, slik at en unngår at overflatene blir sittende fast i hverandre. Typisk vil en slik endestopp bestå av flere mindre ikkeledende avstandsstykker f.eks i silisisumdioksyd. Størrelsen på hvert avstandsstykke bør være så liten som mulig for å unngå at overflatene blir sittende fast i hverandre, såkalt stiksjon.
Måling av avstanden mellom speilene i Fabry-Perot interferometeret kan gjøres med en rekke forskjellige teknikker, for eksempel sensorer basert på kapasitiv måling, optisk triangulering, optisk nærfelt, interferometriske målinger, piezoelektriske måleprinsipper, magnetiske og induktive målinger, og mange er godt egnet til å integreres i silisium.
En Fabry-Perot som kan moduleres er spesielt godt egnet til bruk i fotoakustiske anvendelser. Ofte benyttes en amplitudemodulator (chopper) til å modulere lyset inn i den fotoakustiske cella. Dette medfører ofte at noe av lyset absorberes på vegger og vinduer i den fotoakustiske cella, noe som medfører at det genereres et fotoakustisk signal. Dette fotoakustiske signalet fra vegger og vinduer gir dermed en kraftig offset (baseline) , og gjør det vanskelig å måle de små signalene som kommer fra det vi ønsker å måle, f.eks. konsentrasjonen av en gass. Dersom det benyttes en bredbåndet optisk kilde som har lik eller tilnærmet lik effekt over det aktuelle bølgelengdeområdet, vil modulasjon av bølgelengden ikke medføre at den optiske effekten moduleres. Bølgelengdemodulasjonen medfører ikke et offsettsignal generert fra vinduer og vegger, og det blir enklere å måle lavere signaler, og det blir også enklere å lage sensorer med lite drift (langtidsstabilt nullpunkt).
Oppfinnelsen vil bli beskrevet mer i detalj nedenfor, med referanse til de vedlagte tegningene, som illustrerer oppfinnelsen ved hjelp av eksempler. Hvor
Figur 1 illustrerer tverrsnittet av en mulig måte å lage et Fabry-Perot interferometer.
Figur 2 illustrerer tverrsnittet av en utførelse av oppfinnelsen.
Figur 3 illustrerer tverrsnittet av en annen utførelse av oppfinnelsen.
Figur 4 illustrerer tverrsnittet av en tredje utførelse av oppfinnelsen.
Figur 5 illustrerer tverrsnittet av en fjerde utførelse av oppfinnelsen.
Figur 6 illustrerer tverrsnittet av en femte utførelse av oppfinnelsen.
Figur 7 illustrerer tverrsnittet av en sjette utførelse av oppfinnelsen.
Figur 8 illustrerer tverrsnittet av en sjuende utførelse av oppfinnelsen.
Figur 9 illustrerer en mulig utførelse av aktuatorer.
Figur 10 illustrerer en annen mulig utførelse av aktuatorer.
Figur 11 illustrer en mulig plassering av elektroder for kapasitiv avstandsmåling.
Figur 12 illustrerer en tredje mulig utførelse av aktuatorer.
Figur 13 illustrerer en fjerde mulig utførelse av aktuatorer.
Figur 14 illustrerer en femte mulig utførelse av aktuatorer.
Figur 15 illustrerer en sjette mulig utførelse av aktuatorer.
Figur 16 illustrerer en sjuende mulig utførelse av aktuatorer.
Figur 1 viser en mulig måte å lage en Fabry-Perot hvor bølgelengden kan tunes elektrisk. Den mekaniske bevegelsen skapes ved hjelp av piezo-elektrisk aktuator. Den piezo-elektriske aktuatoren 3 av f.eks PZT monteres på f.eks en silisiumskive. Monteringen kan for eksempel skje ved hjelp av CSD (Chemical Solgel Deposition), PLD (Pulsed Laser Deposition) eller sputtering. Til sammen danner et lag med PZT oppå et lag med silisum en unimorf. Når vi setter positiv spenning over PZT-laget, trekker det seg sammen, mens silisiumet ikke gjør det. Siden de to materialene sitter sammen, medfører sammentrekningen av PZTen at unimorfen bøyer seg, og ved å endre den elektriske spenningen tilført den piezo-elektriske aktuatoren, kan en flytte et optisk transmitterende element 4 opp eller ned. Dersom det optiske elementet er plant og har et delvis reflektivt og delvis transmitterende belegg på 1 på overflaten, og dersom dette monteres sammen med en annen plan optisk transmitterende overflate som er belagt med et delvis reflektivt og delvis transmitterende belegg på 2 på overflaten, og hvis de to plane overflatene i tillegg er parallelle, vil disse overflatene 1 og 2 utgjøre et Fabry-Perot interferometer. Ved å justere avstanden mellom de to overflatene kan en kontrollere hvilken eller hvilke bølgelengder 100 som transmitteres.
Fabry-Perot interferometeret i Figur 1 kan for eksempel lages i silisium. En benytter da typisk to silisiumskiver. På den nederste silisiumskiven i Figur 1 vil en som regel ha et speilbelegg 2 inn mot luft-gapet i Fabry-Perot interferometeret, og ofte vil en legge elektroder 9 og 10 (Figur 2) på samme overflate, for å effektivt kunne måle avstanden på luftgapet mellom speilflatene 1 og 2. På den siden av silisiumskiven som vender bort fra luftgapet vil en ofte ha et antirefleksjonsbelegg. Av Figur 1 kan vi se at den øverste silisiumskiven som regel vil ha et speilbelegg 1 inn mot luftgapet i Fabry-Perot interferometeret, og vi ser også at den øverste silsiumskiven er todelt, en såkalt SOI-skive (silicon-on-insolator) med et tykt substratlag nederst og et tynt komponentlag (device) øverst. Det tynne komponentlaget til sammen med den piezoelektriske laget utgjør unimorf aktuatoren. Det optiske elementet 4 og unimorf aktuatoren mikro-maskineres som regel med tørretsing (DRIE) slik at de blir bevegelige.Til sist monteres de to skivene sammen, ofte med et avstandsstykke mellom.
For at et Fabry-Perot interferometer skal fungere som et spektrometer, er det nødvendig at de to speilbelagte overflatene er parallelle. For å sørge for at overflatene er parallelle, kan en benytte flere aktuatorer for å styre parallelliteten. Figur 2 viser hvordan en kan benytte aktuator 5 og 8 til å styre både avstand mellom speilene og parallelliteten. Parallelliteten og avstanden kan måles ved hjelp av kapasitive sensorer, her markert med elektrode 9 og 10. Det øvre elementet kan f.eks være jordet, og det er da mulig å lese av avstanden fra elektrode 9 og 10 til det øvre elementet ved å måle kapasitansen. Aktuator 5 og 8 benyttes altså til å bestemme avstanden mellom speilene og derved bølgelengden som transmitteres gjennom Fabry-Perot interferometeret. Aktuator 6 og 7 kan så benyttes til å tilføre en modulasjon av bølgelengden. Denne modulasjonen kan for eksempel være en sinusmodulasjon med en frekvens f, og frekvensen kan være mellom 10 Hz og 100 kHz, men typisk vil frekvensen være mellom 10 og 1000 Hz. Modulasjonen vil medføre at bølgelengden endres med modulasjonsfrekvensen, og ofte benyttes det som kalles harmonisk deteksjon, hvor signalet demoduleres på frekvensen f, 2f, 3f , 4f eller et høyere multippel av frekvensen. Fordelen med harmonisk deteksjon er at amplitudeinformasjon fra kilde og annet reduseres, slik at signalet er robust mot endringer i kildestyrke og annet. Amplitude på bølgelengdemodulasjonen og hvilket multippel av frekvensen f (og fase) som benyttes til demodulasjon vil typisk være avhengig av bredde på den spektrale egenskapen en ønsker å måle, samt egenskapene til eventuelle interfererende komponenter. Modulasjonsamplituden kan være en sinus, men andre amplitudeformer som f,eks trekant, firkant og en rekke andre modulasjonsamplituder har vært testet ut innen blant annet diodelaserspektrometri.
I eksemplet ovenfor ble aktuator 5 og 8 benyttet til å justere bølgelengden, og aktuator 6 og 7 ble benyttet til modulasjon av bølgelengde. Dette kunne opplagt vært gjort motsatt, slik at aktuator 6 og 7 kan benyttes til å justere bølgelengden, og aktuator 5 og 8 kan benyttes til modulasjon av bølgelengden.
I enkelte tilfeller kan det være fordelaktig å anvende aktuatorene slik at speilet tilter, og at bredden og amplituden på det transmitterte spekteret endres.
I noen utførelser kan et sett av aktuatorer, f.eks 5 og 8, benyttes til å justere bølgelengden, og denne bølgelengdejusteringen kan for eksempel utføres med en rampe som gjentas med en frekvens F. Frekvensen F vil typisk være mye mindre en frekvensen f. I praksis vil en ofte anvende en rampe med frekvens F på mellom 0.01 og 10 Hz.
I andre utførelser, vil det være fordelaktig å justere bølgelengden i hopp. En vil da typisk finne et antall bølgelengder som er egnet for den gitte anvendelsen, og så justere inn bølgelengden for den første målingen med et første sett av aktuatorer og holde denne bølgelengden for en gitt tid, samtidig som en benytter et annet sett av aktuatorer til å modulere med en frekvens f, og demodulerer det målte signalet for det aktuelle tidsrommet. Dersom modulasjonen er symmetrisk rundt den inn-justerte bølgelengden, vil den gjennomsnittlige avstanden mellom speilene ikke endre seg, og dersom en midler den målte avstanden over tilstrekkelig lang tid, vil den målte middelverdien ikke være vesentlig påvirket av modulasjonen. En kan da benytte elektrodene 9 og 10 til å måle avstanden opp til det øvre speilet i Figur 2. Dersom en velger å ikke modulere symmetrisk rundt den inn-justerte bølgelengden, men tilfører modulasjonen en dc-komponent som tilsvarer halve modulasjonsamplituden, vil en kunne måle at modulasjonsamplituden er riktig. Dette vi typisk være relevant ved bruk av piezoelektriske aktuatorer som f.eks PZT, hvor materialet har en sterk hysterese, og hvor reelt amplitudeutslag som funksjon av påtrykt spenning ofte avhenger av tidligere påtrykk.
Figur 3 viser at speil-flatene 11 og 12 kan lages på samme måte eller forskjellig måte. Speilflatene 11 og 12 kan lages som Fotonisk Krystall Membraner. I enkelte utførelser vil det være et poeng å unngå squeeze-film effekt, eller demping av modulasjonen ved høy frekvens. Fotonisk krystall Membraner som anvendes som speil har store gjennomgående hull i seg, og disse kan funger som avlastingskanaler for squeeze film effekten. Andre typer speil som er egnet er vanlig multilags speil (interferensfilter/speil), metalliske speil, speil basert på fotoniske krystaller og speil basert på overflateplasmoner, eller speil basert på kombinasjoner av speiltypene ovenfor. Figur 3 viser også hvordan det i enkelte tilfeller vil være fordelaktig å fjerne substratet slik at en kun står igjen med en membran 11.
Figur 4 viser en utførelse hvor det anvendes et sett med aktuatorer på den øverste flaten til å justere avstand og bølgelengde, mens det anvendes et sett elektroder 13 og 14 som kan anvendes som både modulasjons-aktuatorer og posisjons-sensorer.
Figur 5 viser en utførelse hvor et første sett av aktuatorer 15 og 16 anvendes til å justere bølgelengden, og hvor et andre sett aktuatorer 17 og 18 benyttes til modulasjon. Eller første og andre sett kan bytte funksjonalitet. I utførelsen i Figur 5 er aktuatorsettene plassert på hver sin side av Fabry-Perot gapet. De to bevegelige delene er utformet med forskjellig bredde, men de kan med fordel lages med samme masse og fjærkonstant (eller resonansfrekvens), slik at eksterne påvirkninger påvirker begge deler tilnærmet like mye.
Figur 6 viser en utførelse hvor et første sett av aktuatorer 15 og 16 anvendes til å justere bølgelengden, og hvor det er plassert et sett elektroder 19 og 20 og et sett elektroder 21 og 22 som kan anvendes til å modulere bølgelengden. I tillegg finnes det to elektroder under senterelementet som benyttes til å måle avstand/bølgelengde. Ved å sette på en spenning over elektrode 19 og 20 kan en få Fabry-Perot gapet til å skrå-stilles, og ved å påtrykke spenning over elektrode 21 og 22 samtidig som over elektrode 19 og 20, kan en få Fabry-Perot gapet til å trekke seg sammen. Ved å påtrykke en firkantspenning kan en få til en binær modulasjon hvor bølgelengden endres mellom to posisjoner, hvilket er godt egner for derivativ spektroskopi. En vil da ofte foretrekke å dra elektrodene nesten helt sammen, bare separert av et kort avstandsstykke. En kan også modulere avstanden mellom elektrodene med andre kurveformer, f.eks sinus, men en må gjøre nødvendige tiltak for å unngå pull-in, at elektrodene trekkes helt sammen.
Figur 7 viser en annen utførelse av samme prinsipp som er beskrevet i Figur 6, men hvor alle bevegelige deler er på samme siden.
Figur 8 viser en forenklet utgave av utførelsen i Figur 6 og 7, hvor antallet bevegelige deler/områder er redusert. Et første sett med aktuatorer 15 og 16 benyttes til å justere bølgelengden, mens et sett med elektroder 19, 20, 21 og 22 benyttes til å modulere bølgelengden. I tillegg benyttes det et ekstra sett elektroder 23 og 24 til å måle avstanden i luftgapet i Fabry-Perot interferometeret. Fordelen med denne utgaven er at det er færre bevegelige deler, men ulempen er at utslaget til den mekaniske bevegelsen gitt av den elektrostatiske modulasjonen vil endre seg som funksjon av bølgelengden. I noen anvendelser vil dette kunne være en fordel, men som regel er dette en ulempe.
Figur 9 og 10 viser en utførelse hvor det benyttes et sett av aktuatorer 28, 29 og 30 til å justere bølgelengden. Aktuatorene kan f.eks. være en unimorf av PZT og silisium. Her benyttes det tre aktuatorer for å kunne justere både høyde og parallellitet.
Figur 11 viser hvordan elektrodene på bunnskiva er montert. Det benyttes 3 elektroder for å kunne måle både høyde og parallellitet. Elektrodene er montert slik at de kommer i nærheten av det bevegelige optiske elementet 4. Elektrodene 25, 26, og 27 kan monteres slik at de er rotert i forhold til aktuatorene i Figur 9, slik som vist i Figur 11, eller de kan monteres med samme orientering som aktuatorene. Hva som er optimalt vil henge sammen med styrings og reguleringsalgoritmen som anvendes. I Figur 9 benyttes et sett med aktuatorer 31, 32 og 33 til å modulere bølgelengden. I Figur 10 benyttes det kun en aktuator ring 34 til modulasjon. Siden modulasjonen som regel er veldig liten i forhold til den totale justeringslengden for Fabry-Perot interferometeret, vil det være mulig å oppnå rimelig god modulasjon med bare en ringaktuator. Siden PZT materialet, stress og tykkelser ofte varier, har det vist seg nødvendig å benytte flere aktuatorer dersom en skal justere bølgelengden over et større område. I utførelsen i Figur 9 kan en enkelt bytte mellom hvilket sett med aktuatorer som skal brukes til modulasjon eller bølgelengdejustering. I utførelsen i Figur 10 er det også mulig å bytte, men mindre hensiktsmessig.
I utførelsen i Figur 12 har vi tre spiralformede armer med aktuatorer 35, 36 og 37. Disse spiralformed armene kan med fordel lages i hele skivens tykkelse, eller de kan lages bare i det øverste laget (device-laget). Dersom aktuatoren er av unimorf type, bør aktuatoren ikke dekke hele armen, men bare fra ene innfestningspunktet og fram til omtrent midten. Det ene settet med aktuatorer 35, 36 og 37 kan med fordel benyttes til å justere bølgelengden, mens det andre settet med aktuatorer 38, 39 og 40 med fordel kan benyttes til bølgelengdemodulasjon, men det er fullt mulig å bytte funksjonalitet mellom de to settene med aktuatorer.
Figur 13 viser en utførelse hvor aktuatorene er plassert på tre bjelker. Bjelkene kan være like brede over alt eller smalne inn som på figuren. Et sett aktuatorer 44, 4546 kan benyttes til modulasjon, men et annet sett 41, 42, 43 kan benyttes til å justere bølgelengde, eller omvendt.
Figur 14 viser en utførelse hvor det er hvert sett av aktuatorer består av 4 elementer, men hvor membranen ikke er åpnet opp, mens Figur 15 viser tilsvarende komponent med 4 bjelker.
Fordelen med en løsning som i Figur 14 er at den er enklere å prosessere, men ulempen er at den kan gi mindre mekanisk utslag gitt samme aktuator og samme tykkelse av silisiumlaget i unimorfen. Figur 16 viser en utførelse med lange aktuator armer, og hvor aktuator 63, 64 , 65 og 66 er egnet til justering av bølgelengde, men hvor de korte aktuatorene 67, 68, 69 og 70 er egnet for modulasjon.
I samtlige utførelser er det mulig å bytte om på funksjonen av indre og ytre sett av aktuatorer. Det er også mulig å benytte forskjellig tykkelse på silisiumet i indre og ytre sett av aktuatorer, og det er mulig å endre tykkelsen på det piezo-elektriske materialet (hvis en benytter det) i indre og ytre sett av aktuatorer. Bruk av et tynnere piezo-elektrisk materiale vil være fordelaktig i de aktuatorene som benyttes til modulasjon, fordi piezolaget blir utsatt for mindre mekanisk stress ved utbøyningen. Modulasjonslengden blir også mindre, men fordelen med mindre mekanisk stress kan være større. Det er også mulig å modifisere stresset på det piezoelektriske materialt på aktuatorene for modulasjon. Dette kan for eksempel utføres ved å sørge for at materialet gror på en annen måte på det aktuelle området, og dette kan oppnås ved å modifisere startbetingelsene.
I figurene er det optiske elementet 4 i midten enten rundt eller firkantet, med elementet kan selvsagt ha hvilken som helst utforming som er hensiktsmessig. Utformingen av det optiske elementet vil i hovedsak være avhengig av kildens form og den øvrige optikk.
På figurer og i bekrivelsen har vi kun omtalt selve aktuatorene. Alle aktuatorer og elektroder har elektrisk tilkobling til omverden. Ved bruk av kapasitive sensorer til å måle avstander, vil det være fordelaktig å lage en ekstra avstand som er fiksert, altså en dummy kapasitans, slik at en kan kompensere for temperatur, trykk, fuktighet og annet som påvirker kapasitansen og målingen av avstand.
Priority Applications (9)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
NO20161086A NO20161086A1 (no) | 2016-06-29 | 2016-06-29 | Modulerbar Fabry-Perot |
PCT/EP2017/065364 WO2018001851A1 (en) | 2016-06-29 | 2017-06-22 | Modulated fabry-perot |
US16/310,593 US10852232B2 (en) | 2016-06-29 | 2017-06-22 | Modulated fabry-perot |
BR112018077318-2A BR112018077318B1 (pt) | 2016-06-29 | 2017-06-22 | Espectrômetro para detecção de gás e seu uso |
DK17732103.1T DK3479159T3 (da) | 2016-06-29 | 2017-06-22 | Moduleret fabry-pérot |
JP2018563714A JP7097823B2 (ja) | 2016-06-29 | 2017-06-22 | 変調ファブリ・ペロー |
EP17732103.1A EP3479159B1 (en) | 2016-06-29 | 2017-06-22 | Modulated fabry-perot |
EA201892773A EA036466B1 (ru) | 2016-06-29 | 2017-06-22 | Модулированный интерферометр фабри-перо |
CA3029090A CA3029090A1 (en) | 2016-06-29 | 2017-06-22 | Modulated fabry-perot |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
NO20161086A NO20161086A1 (no) | 2016-06-29 | 2016-06-29 | Modulerbar Fabry-Perot |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
NO20161086A1 true NO20161086A1 (no) | 2018-01-01 |
Family
ID=59101468
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
NO20161086A NO20161086A1 (no) | 2016-06-29 | 2016-06-29 | Modulerbar Fabry-Perot |
Country Status (9)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US10852232B2 (no) |
EP (1) | EP3479159B1 (no) |
JP (1) | JP7097823B2 (no) |
BR (1) | BR112018077318B1 (no) |
CA (1) | CA3029090A1 (no) |
DK (1) | DK3479159T3 (no) |
EA (1) | EA036466B1 (no) |
NO (1) | NO20161086A1 (no) |
WO (1) | WO2018001851A1 (no) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102018200380A1 (de) * | 2018-01-11 | 2019-07-11 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines durchstimmbaren optischen Resonators und optischer Resonator |
EP3683557B1 (en) * | 2019-01-18 | 2021-09-22 | Infineon Technologies Dresden GmbH & Co . KG | Tunable fabry-perot filter element, spectrometer device and method for manufacturing a tunable fabry-perot filter element |
NO20191052A1 (en) | 2019-09-02 | 2021-03-03 | Optronics Tech As | Gas detector |
CN115698817A (zh) * | 2020-05-29 | 2023-02-03 | 株式会社理光 | 光学设备 |
FI20205917A1 (en) * | 2020-09-22 | 2022-03-23 | Teknologian Tutkimuskeskus Vtt Oy | Capacitively controlled Fabry-Perot interferometer |
KR102373321B1 (ko) * | 2021-05-17 | 2022-03-11 | (주)세성 | 멀티가스 누출경보기용 감지기 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20030011864A1 (en) * | 2001-07-16 | 2003-01-16 | Axsun Technologies, Inc. | Tilt mirror fabry-perot filter system, fabrication process therefor, and method of operation thereof |
EP2557441A1 (en) * | 2011-08-11 | 2013-02-13 | Ludwig-Maximilians-Universität München | Dynamical fabry-pérot tuneable filter device |
US20130279005A1 (en) * | 2012-04-18 | 2013-10-24 | Seiko Epson Corporation | Variable wavelength interference filter, optical filter device, optical module, and electronic apparatus |
Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10335693A (ja) * | 1997-05-29 | 1998-12-18 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 波長選択受光素子 |
US8724200B1 (en) * | 2009-07-17 | 2014-05-13 | Xingtao Wu | MEMS hierarchically-dimensioned optical mirrors and methods for manufacture thereof |
NO336140B1 (no) | 2009-09-18 | 2015-05-26 | Sintef | Aktuator for mikro optisk enhet |
FI125612B (en) | 2012-05-08 | 2015-12-15 | Teknologian Tutkimuskeskus Vtt Oy | Fabry-Perot Interferometer |
JP6182918B2 (ja) | 2013-03-18 | 2017-08-23 | セイコーエプソン株式会社 | 干渉フィルター、光学フィルターデバイス、光学モジュール、及び電子機器 |
JP6201484B2 (ja) | 2013-07-26 | 2017-09-27 | セイコーエプソン株式会社 | 光学フィルターデバイス、光学モジュール、電子機器、及びmemsデバイス |
JP6543884B2 (ja) | 2014-01-27 | 2019-07-17 | セイコーエプソン株式会社 | アクチュエーター制御装置、光学モジュール、電子機器、及びアクチュエーター制御方法 |
JP6413325B2 (ja) * | 2014-05-01 | 2018-10-31 | セイコーエプソン株式会社 | アクチュエーター装置、電子機器、及び制御方法 |
NO343314B1 (no) | 2015-11-29 | 2019-01-28 | Tunable As | Optisk trykksensor |
JP6801400B2 (ja) * | 2016-11-28 | 2020-12-16 | セイコーエプソン株式会社 | 光学モジュール及び電子機器 |
-
2016
- 2016-06-29 NO NO20161086A patent/NO20161086A1/no unknown
-
2017
- 2017-06-22 US US16/310,593 patent/US10852232B2/en active Active
- 2017-06-22 JP JP2018563714A patent/JP7097823B2/ja active Active
- 2017-06-22 WO PCT/EP2017/065364 patent/WO2018001851A1/en active Search and Examination
- 2017-06-22 EA EA201892773A patent/EA036466B1/ru not_active IP Right Cessation
- 2017-06-22 DK DK17732103.1T patent/DK3479159T3/da active
- 2017-06-22 CA CA3029090A patent/CA3029090A1/en active Pending
- 2017-06-22 EP EP17732103.1A patent/EP3479159B1/en active Active
- 2017-06-22 BR BR112018077318-2A patent/BR112018077318B1/pt active IP Right Grant
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20030011864A1 (en) * | 2001-07-16 | 2003-01-16 | Axsun Technologies, Inc. | Tilt mirror fabry-perot filter system, fabrication process therefor, and method of operation thereof |
EP2557441A1 (en) * | 2011-08-11 | 2013-02-13 | Ludwig-Maximilians-Universität München | Dynamical fabry-pérot tuneable filter device |
US20130279005A1 (en) * | 2012-04-18 | 2013-10-24 | Seiko Epson Corporation | Variable wavelength interference filter, optical filter device, optical module, and electronic apparatus |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20190265163A1 (en) | 2019-08-29 |
CA3029090A1 (en) | 2018-01-04 |
WO2018001851A1 (en) | 2018-01-04 |
EP3479159A1 (en) | 2019-05-08 |
EP3479159B1 (en) | 2022-07-20 |
BR112018077318B1 (pt) | 2023-03-07 |
JP2019527374A (ja) | 2019-09-26 |
BR112018077318A2 (pt) | 2019-04-02 |
DK3479159T3 (da) | 2022-09-12 |
JP7097823B2 (ja) | 2022-07-08 |
EA201892773A1 (ru) | 2019-05-31 |
US10852232B2 (en) | 2020-12-01 |
EA036466B1 (ru) | 2020-11-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
NO20161086A1 (no) | Modulerbar Fabry-Perot | |
US10101222B2 (en) | Piezoelectric position sensor for piezoelectrically driven resonant micromirrors | |
CA2770937C (en) | Actuator for moving a micro mechanical element | |
US20060283338A1 (en) | Force sensing integrated readout and active tip based probe microscope systems | |
US10281718B2 (en) | Scanning MEMS reflector system | |
CN107850771B (zh) | 可调微机电标准具 | |
US20120206813A1 (en) | Tunable spectral filter comprising fabry-perot interferometer | |
US20110235966A1 (en) | High speed piezoelectric optical system with tunable focal length | |
WO2003003082A1 (en) | Optical displacement sensor | |
JPH07286809A (ja) | 光学材料分析に用いる表面ミクロ機械加工技術によって製造される電気同調可能型ファブリ・ペロ干渉計 | |
JP6753449B2 (ja) | 走査反射器システム | |
EP3234536B1 (fr) | Capteur de pression dynamique a fonctionnement ameliore | |
JP2010211032A (ja) | 平行移動ミラーおよびそれを用いた光モジュール | |
EP3766829A1 (fr) | Liaison mecanique pour dispositif mems et nems de mesure d'une variation de pression et dispositif comprenant une telle liaison mecanique | |
JP2006351154A (ja) | 形状可変ミラー及びそれを備えた光ピックアップ装置 | |
WO2011058874A1 (ja) | 平行移動機構、干渉計および分光器 | |
FR3021309A1 (fr) | Dispositif microelectronique et/ou nanoelectronique capacitif a compacite augmentee | |
JP2008030182A (ja) | 定振幅機構及びこれを用いた電位センサ | |
JP4973064B2 (ja) | アクチュエータ、投光装置、光学デバイス、光スキャナ、および画像形成装置 | |
KR101828364B1 (ko) | 감소된 스페클 콘트라스트를 갖는 마이크로전자기계 시스템 | |
JP6844355B2 (ja) | 光学モジュール、及び光学モジュールの駆動方法 | |
Griffith et al. | Patterned multipixel membrane mirror MEMS optically addressed spatial light modulator with megahertz response | |
US20240175673A1 (en) | Piezoelectric interferometer | |
McCandless et al. | Electrical and optical transduction of single-crystal 3C-SiC comb-drive resonators in SiC-on-Insulator (SiCOI) Technology | |
Lee et al. | Development of a Miniaturized Pzt-Based Mems Fabry-Perot Interferometer with Eutectic Wafer Bonding and its Interface Electronics |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
CHAD | Change of the owner's name or address (par. 44 patent law, par. patentforskriften) |
Owner name: TUNABLE AS, NO |
|
CHAD | Change of the owner's name or address (par. 44 patent law, par. patentforskriften) |
Owner name: TUNABLE AS, NO |