Block MEMS, LLC發(fā)起了一場科學(xué)的反恐戰(zhàn)爭画畅，真正和實(shí)際地應(yīng)用了寬帶紅外吸收光譜來對抗化學(xué)戰(zhàn)。它的目標(biāo)是建立一個(gè)具有成本效益的寬帶紅外吸收光譜儀宋距，被稱為“ChemPen?”轴踱，具有足夠的光譜分辨率來探測和識(shí)別敵方特工或恐怖分子部署的有毒化學(xué)氣體。
BLOCK的MEMS邁克爾遜干涉儀
經(jīng)過三年的實(shí)驗(yàn)和詳細(xì)分析谚赎，Block MEMS確定了微型邁克爾遜FTIR傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的重大成本挑戰(zhàn)淫僻，并得出結(jié)論，只有通過邁克爾遜核心的整體結(jié)構(gòu)壶唤，而無需外部手工或校準(zhǔn)雳灵，才能合理地實(shí)現(xiàn)具有成本效益的檢測設(shè)備。邁克爾遜干涉儀是一種復(fù)雜的機(jī)械裝置，對其元件之間的光學(xué)關(guān)系有嚴(yán)格的限制。目前，很少有方法能夠以可重復(fù)和可靠的方式實(shí)現(xiàn)所需的干涉公差铁材，其中包括光刻。
首先考慮的是光譜分辨率要求脑沿。在紅外和拉曼光譜方面的豐富經(jīng)驗(yàn)以及有毒物質(zhì)的檢測算法使得在STP環(huán)境下對這些相對較重的分子進(jìn)行實(shí)際的工程選擇。在邁克爾遜干涉儀中，隨著運(yùn)動(dòng)鏡的運(yùn)動(dòng)范圍增大茴肥，分辨率也隨之提高〉丛郑考慮到所需的光譜分辨率為200px-1瓤狐，并且在設(shè)計(jì)中有一定的余量，實(shí)現(xiàn)了600μm的峰間行程批幌，這是MEMS機(jī)械運(yùn)動(dòng)前所未有的距離础锐。
圖1
由于該設(shè)備由于其尺寸而只能表現(xiàn)出中等靈敏度，ChemPen?設(shè)計(jì)可容納max反射鏡尺寸荧缘，符合所需的平整度和傾斜度皆警。(其他提高系統(tǒng)靈敏度的輔助技術(shù)仍在研究中)。zui初的ChemPen?設(shè)計(jì)指定了0.5 mm的透明孔徑截粗⌒判眨基于該尺寸計(jì)算靈敏度，ChemPen?在室溫下能夠在一秒鐘內(nèi)看到6mg /m2 (1ppm -m)濃度的SF6绸罗，信噪比為1:1意推。這個(gè)參數(shù)稱為噪聲等效吸光度(NEA)。計(jì)劃中的MEMS規(guī)模預(yù)聚光器和改進(jìn)的半低溫探測器的新進(jìn)展(將在未來的論文中討論)大大提高了預(yù)測的靈敏度珊蟀。早期實(shí)驗(yàn)表明菊值，使用1 mm孔徑的透明反射鏡可以達(dá)到要求的平整度和傾斜規(guī)格。僅這一項(xiàng)就將靈敏度提高了四倍育灸，降低了NEA腻窒，并在一秒鐘內(nèi)產(chǎn)生了250 ppb-m的SF6的預(yù)測天然靈敏度。
C-Agents使用的典型光譜范圍為8-13μm磅崭，特別是在300 K環(huán)境作為源的對峙測量中定页。ChemPen?的吸收系統(tǒng)利用更熱的光源(1100 K)，并產(chǎn)生足夠的光子通量绽诚，在吸收配置中獲得低至2 μm的良好光譜典徊，極大地促進(jìn)了許多有毒工業(yè)化學(xué)品(tic)和推進(jìn)劑的識(shí)別。目前正在進(jìn)行具有已知標(biāo)準(zhǔn)和濃度的吸收光譜研究恩够，結(jié)果將在適當(dāng)驗(yàn)證后公布卒落。
邁克爾遜干涉儀的當(dāng)前MEMS實(shí)施例如圖1所示。有三個(gè)光學(xué)元件(固定反射鏡蜂桶，移動(dòng)反射鏡和分束器)儡毕，它們在干涉儀中定義了兩個(gè)不同的光束路徑。所有組件在其結(jié)構(gòu)上基本上是相同的，盡管分束器被拉長了腰湾，以考慮45o的入射角;每一個(gè)都有一個(gè)主鏡組件雷恃，這是一個(gè)感興趣的光學(xué)表面，次要組件保持主組件的位置费坊，以保持其干涉對準(zhǔn)倒槐，以及專有的自鎖機(jī)制，使不可逆組裝附井。分光鏡經(jīng)過專門設(shè)計(jì)讨越，使反射鏡的運(yùn)動(dòng)能夠調(diào)制2-14 um光譜區(qū)域的光(圖2)。
圖2
ChemPen?背后的MEMS引擎是在桑迪亞guo家實(shí)驗(yàn)室的SUMMiT-V制造工藝中制造的永毅，Albuquerque, NM把跨，由五層多晶硅組成，每個(gè)多晶硅層之間具有中間犧牲氧化物沼死，并且具有小于0.25 um間隙的旋轉(zhuǎn)部件的特定功能着逐。后處理包括粘結(jié)墊和微量金屬化，骰子意蛀，臨界點(diǎn)干燥滨嘱，鏡面金屬化后釋放，以盡量減少固定和移動(dòng)鏡的曲率變化浸间。ChemPen?目前是手工組裝太雨，但批量組裝技術(shù)正在開發(fā)中。
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