面向近紅外微型光譜儀的MOEMS掃描光柵微鏡關鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著近紅外光譜分析技術(shù)的快速發(fā)展和眾多前沿學科的相互交叉融合，近紅外微型光譜儀已成為近年來研究的又一個熱點。論文針對近紅外微型光譜儀研制中急需突破的核心元器件關鍵技術(shù)問題，開展面向近紅外微型光譜儀的MOEMS掃描光柵微鏡關鍵技術(shù)研究，具有重要的科學意義和迫切的需求背景。
　　 論文在分析研究近紅外微型光譜儀及其核心元器件的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀基礎上，針對近紅外光譜儀在微型化中存在的分光系統(tǒng)和光譜信息獲取系統(tǒng)體積大、系統(tǒng)復雜、成本高等問

2、題，提出集分光、掃描和角傳感器一體化單芯片集成的MOEMS掃描光柵微鏡的新思想與新方法。研究了MOEMS掃描光柵微鏡的結(jié)構(gòu)與工作原理，建立了系統(tǒng)相應的電學和力學模型；突破了掃描光柵微鏡的集成設計方法與關鍵加工工藝、系統(tǒng)控制等關鍵技術(shù)；首次成功研制出MOEMS掃描光柵微鏡原理樣機，工作頻率600.495Hz、工作電壓0.875V、功耗小于14mw、掃描角度±5.7°、角傳感器靈敏度0.8806mV/°、控制精度≤0.0420365°、光柵

3、分辨率為14nm。開展了MOEMS掃描光柵微鏡的應用技術(shù)研究，成功研制出基于MOEMS掃描光柵微鏡的近紅外微型光譜儀原理實驗系統(tǒng)。論文主要工作是：
　　 1.論文研究分析了近紅外光譜儀在微型化過程中存在的核心器件問題，提出了基于MOEMS技術(shù)的集成掃描光柵微鏡新思想與新方法，該器件大大減少了光譜儀系統(tǒng)的元器件數(shù)和系統(tǒng)體積，將實現(xiàn)單管紅外探測器替代陣列紅外傳感器，極大的降低儀器制造成本；
　　 2.在研究MOEMS掃描光柵

4、微鏡的結(jié)構(gòu)與工作原理、光柵衍射和磁電傳感器的基礎上，建立了MOEMS掃描光柵微鏡的運動理論模型、電磁驅(qū)動理論模型、磁電角傳感器模型等。優(yōu)化了MOEMS掃描光柵微鏡的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計，探討了影響系統(tǒng)性能的主要因素；
　　 3.基于電磁學理論和力學理論，開展了MOEMS掃描光柵微鏡的掃描角度、系統(tǒng)模態(tài)、諧響應頻率和穩(wěn)定性研究，進行了掃描光柵微鏡的分辨率和衍射效率等理論計算與模擬分析，確定了驅(qū)動線圈、扭轉(zhuǎn)梁、微鏡與光柵的主要參數(shù)；

5、　　 4.基于實驗室MEMS工藝平臺，完成了MOEMS掃描光柵微鏡加工工藝流程和版圖設計，成功研制出MOEMS掃描光柵微鏡實驗原理樣品；
　　 5.研究了MOEMS掃描光柵微鏡的閉環(huán)控制電路，搭建了主要性能測試實驗平臺，完成了諧響應頻率、掃描角度、Q值特性、掃描角度精度、光學分辨率、衍射效率等主要參數(shù)測試；
　　 6.基于MOEMS掃描光柵微鏡，提出了基于MOEMS掃描光柵微鏡的近紅外微型光譜儀新結(jié)構(gòu)，成功研制出新型近