西澳大利亞大學研究人員利用基于MEMS的固定腔法布里-珀羅（F-P）干涉儀實現(xiàn)了在長波紅外（LWIR）波段的光學遙控成像和傳感，并完成了該光譜系統(tǒng)的輕型化和便攜式。

F-P干涉儀基于鍺 (Ge) 氟化鋇 (BaF2) 薄膜分布式布拉格反射器。研究人員之所以選擇BaF2，是因為它在LWIR波長范圍內(nèi)表現(xiàn)出低折射率并可提供高折射率對比度，有利于提高器件的性能。該干涉儀具有與薄膜、表面微加工 MEMS兼容的架構。當與單點紅外探測器或焦平面成像陣列結合使用時，可用于開發(fā)輕便的便攜式光譜儀。

據(jù)研究人員稱，這是首次實現(xiàn)將低指數(shù)的BaF2薄膜與的高指數(shù)Ge薄膜相結合來構建干涉儀。該團隊使用三層Ge/BaF2/Ge光學薄膜結構構建了扁平、獨立的分布式布拉格反射器。在10到20nm范圍內(nèi)，跨越數(shù)百微米的空間尺寸，獨立結構實現(xiàn)了峰間平坦度。

基于MEMS的LWIR固定腔F-P干涉儀的三維分解圖

實驗表明，所制備的F-P干涉儀線寬約為110nm，峰值透過率約為50%，滿足可調(diào)諧、基于MEMS的LWIR光譜傳感和成像這些需要窄線寬的光譜分辨應用的要求。

α-系列F-P干涉儀的光學顯微圖像，裂紋從切口的尖角處擴展是由于長期暴露在氧等離子體中所致

研究人員對固定氣腔濾光片進行了表征，并將測量的光學性能與建模結果和先前研究的結果進行了比較。在考慮到制造缺陷對分布式布拉格反射器的影響后，他們發(fā)現(xiàn)F-P干涉儀的測量光學特性與模擬的光學響應非常吻合。

LWIR范圍內(nèi)（8到12μm）的高性能波長分辨足以滿足民用和軍用需求。由于紅外光譜波段的輻射是由物體根據(jù)其溫度發(fā)射的，因此具有光譜選擇性的片上全被動熱成像可用于遠程目標識別，而無需任何照明光源。

迄今為止，在LWIR范圍內(nèi)，基于MEMS窄帶F-P干涉儀的發(fā)展一直受到制造工藝和缺乏合適的光機械材料的限制。硅基低折射率材料由于吸收損失大，不適合LWIR范圍。研究人員表示，該芯片上的顯微光譜儀技術可以在多種需要機械穩(wěn)健性的應用中進行現(xiàn)場部署，如機器人車輛、無人駕駛飛行器等。遙感LWIR成像和光譜傳感可能與目標識別和空間態(tài)勢感知方面具有特殊的相關性。

Mariusz Martyniuk教授表示：“這些微型化的片上、輕型和小尺寸設備被視為未來用于簡單和低成本的微型光譜遠程系統(tǒng)的解決方案，而面向熱紅外發(fā)射波段，輕量化、小尺寸和低功率等需求均至關重要?！?

該研究以“Large-area narrowband Fabry–Pérot interferometers for long-wavelength infrared spectral sensing”為題發(fā)表于Journal of Optical Microsystems。

論文鏈接為：www.doi.org/10.1117/1.JOM.2.2.023502