基于MEMS的固定腔法布里-珀罗（F-P）干涉仪实现长波红外光谱传感

西澳大利亚大学研究人员利用基于MEMS的固定腔法布里-珀罗（F-P）干涉仪实现了在长波红外（LWIR）波段的光学遥控成像和传感，并完成了该光谱系统的轻型化和便携式。

F-P干涉仪基于锗 (Ge) 氟化钡 (BaF2) 薄膜分布式布拉格反射器。研究人员之所以选择BaF2，是因为它在LWIR波长范围内表现出低折射率并可提供高折射率对比度，有利于提高器件的性能。该干涉仪具有与薄膜、表面微加工 MEMS兼容的架构。当与单点红外探测器或焦平面成像阵列结合使用时，可用于开发轻便的便携式光谱仪。

据研究人员称，这是首次实现将低指数的BaF2薄膜与的高指数Ge薄膜相结合来构建干涉仪。该团队使用三层Ge/BaF2/Ge光学薄膜结构构建了扁平、独立的分布式布拉格反射器。在10到20nm范围内，跨越数百微米的空间尺寸，独立结构实现了峰间平坦度。

基于MEMS的LWIR固定腔F-P干涉仪的三维分解图

实验表明，所制备的F-P干涉仪线宽约为110nm，峰值透过率约为50%，满足可调谐、基于MEMS的LWIR光谱传感和成像这些需要窄线宽的光谱分辨应用的要求。

α-系列F-P干涉仪的光学显微图像，裂纹从切口的尖角处扩展是由于长期暴露在氧等离子体中所致

研究人员对固定气腔滤光片进行了表征，并将测量的光学性能与建模结果和先前研究的结果进行了比较。在考虑到制造缺陷对分布式布拉格反射器的影响后，他们发现F-P干涉仪的测量光学特性与模拟的光学响应非常吻合。

LWIR范围内（8到12µm）的高性能波长分辨足以满足民用和军用需求。由于红外光谱波段的辐射是由物体根据其温度发射的，因此具有光谱选择性的片上全被动热成像可用于远程目标识别，而无需任何照明光源。

迄今为止，在LWIR范围内，基于MEMS窄带F-P干涉仪的发展一直受到制造工艺和缺乏合适的光机械材料的限制。硅基低折射率材料由于吸收损失大，不适合LWIR范围。研究人员表示，该芯片上的显微光谱仪技术可以在多种需要机械稳健性的应用中进行现场部署，如机器人车辆、无人驾驶飞行器等。遥感LWIR成像和光谱传感可能与目标识别和空间态势感知方面具有特殊的相关性。

Mariusz Martyniuk教授表示：“这些微型化的片上、轻型和小尺寸设备被视为未来用于简单和低成本的微型光谱远程系统的解决方案，而面向热红外发射波段，轻量化、小尺寸和低功率等需求均至关重要。”

该研究以“Large-area narrowband Fabry–Pérot interferometers for long-wavelength infrared spectral sensing”为题发表于Journal of Optical Microsystems。

论文链接为：www.doi.org/10.1117/1.JOM.2.2.023502

审核编辑 ：李倩