patentes

Los aspectos de la descripción se refieren a una unidad espectral integrada que incluye un interferómetro de sistemas microelectromecánicos (MEMS) fabricado dentro de un primer sustrato y una estructura de redirección de la luz integrada en un segundo sustrato, donde el segundo sustrato está acoplado al primer sustrato. La estructura de redireccionamiento de la luz incluye al menos un espejo para recibir un haz de luz de entrada que se propaga en una dirección fuera del plano con respecto al primer sustrato y redirigir el haz de luz de entrada a una dirección en el plano con respecto al primer sustrato hacia el interferómetro MEMS.

Los aspectos se refieren a un dispositivo de detección espectral de reflexión interna total atenuada (ATR) integrado y compacto. El dispositivo de detección espectral incluye un sustrato, un espectrómetro y un detector. El sustrato incluye un elemento ATR, un canal microfluídico y una interfaz de canal en un límite entre el elemento ATR y el canal microfluídico formado en el mismo. El elemento ATR está configurado para recibir la luz de entrada y dirigir la luz de entrada a la interfaz del canal para una reflexión interna total de la luz de entrada en la interfaz del canal. Una onda evanescente producida por una muestra contenida en el canal microfluídico basada en la reflexión interna total de la luz de entrada atenúa la salida de luz del elemento ATR y la luz de salida resultante puede analizarse utilizando el espectrómetro y el detector.

Los aspectos se refieren a un analizador de materiales compacto que incluye una fuente de luz, un detector y un módulo que incluye una primera ventana óptica en un primer lado del módulo, una segunda ventana óptica en un segundo lado del módulo opuesto al primer lado y un modulador de luz. La fuente de luz produce una luz de entrada a alta potencia que pasa a través de la primera ventana óptica hasta el modulador de luz. El modulador de luz está configurado para atenuar la luz de entrada, producir luz modulada en función de la luz de entrada y dirigir la luz modulada a través de la segunda ventana óptica hacia la muestra. La luz modulada producida por el modulador de luz tiene una potencia inferior y es segura para la muestra. El detector está configurado para recibir la luz de salida de la muestra producida por la interacción con la luz modulada a través de la segunda ventana óptica y para detectar un espectro de la luz de salida.

Los aspectos se refieren a un analizador de materiales compacto que incluye una fuente de luz, un detector y un módulo que incluye una primera ventana óptica en un primer lado del módulo, una segunda ventana óptica en un segundo lado del módulo opuesto al primer lado y un modulador de luz. La fuente de luz produce una luz de entrada a alta potencia que pasa a través de la primera ventana óptica hasta el modulador de luz. El modulador de luz está configurado para atenuar la luz de entrada, producir luz modulada en función de la luz de entrada y dirigir la luz modulada a través de la segunda ventana óptica hacia la muestra. La luz modulada producida por el modulador de luz tiene una potencia inferior y es segura para la muestra. El detector está configurado para recibir la luz de salida de la muestra producida por la interacción con la luz modulada a través de la segunda ventana óptica y para detectar un espectro de la luz de salida.

Los aspectos de la presente descripción se refieren a un espectrómetro de autorreferencia para proporcionar una medición simultánea de la densidad espectral de fondo o de referencia y la muestra u otra densidad espectral. El espectrómetro de autorreferencia incluye un interferómetro acoplado ópticamente para recibir un haz de entrada y para dirigir el haz de entrada a lo largo de una primera trayectoria óptica para producir un primer haz de interferencia y para dirigir el haz de entrada a lo largo de una segunda trayectoria óptica para producir un segundo haz de interferencia, en el que cada haz de interferencia se produce antes de una salida del interferómetro. El espectrómetro también incluye un detector acoplado ópticamente para detectar simultáneamente una primera señal de interferencia generada a partir del primer haz de interferencia y una segunda señal de interferencia generada a partir del segundo haz de interferencia, y un procesador configurado para procesar la primera señal de interferencia y la segunda señal de interferencia y para usar la segunda señal de interferencia como señal de referencia cuando se procesa la primera señal de interferencia.

A continuación se presenta un resumen de uno o más aspectos de la presente divulgación, con el fin de proporcionar una comprensión básica de dichos aspectos. Este resumen no es una descripción general exhaustiva de todas las características contempladas de la divulgación y no pretende identificar los elementos clave o críticos de todos los aspectos de la divulgación ni delinear el alcance de alguno o todos los aspectos de la divulgación. Su único propósito es presentar algunos conceptos de uno o más aspectos de la divulgación de forma que sirva de preludio a la descripción más detallada que se presenta más adelante. Diversos aspectos de la descripción se refieren a celdas de gas miniaturizadas fabricadas con tecnología de semiconductores. La celda de gas miniaturizada puede ser una celda de gas de múltiples pasos o una celda de gas con guía de ondas hueca. En algunos aspectos, la pila de gas miniaturizada puede incluir una superficie inferior y paredes laterales formadas en un sustrato (por ejemplo, un sustrato de silicio o un sustrato de silicio sobre aislante (SOI)). En algunos ejemplos, la superficie inferior y/o las paredes laterales pueden estar revestidas con un material reflectante, tal como un metal o un metal revestido dieléctrico. En otros ejemplos, la superficie inferior y/o las paredes laterales pueden incluir espejos Bragg de silicona. La celda de gas incluye además al menos una entrada de gas y al menos una salida de gas acopladas para la inyección de un fluido, tal como un gas, líquido o plasma, dentro y fuera de la celda de gas, respectivamente. Además, la celda de gas incluye además una entrada óptica y una salida óptica, cada una acoplada ópticamente para dirigir la luz hacia adentro y hacia afuera de la celda de gas, respectivamente. La luz puede guiarse en la celda de gas por al menos la superficie inferior y las paredes laterales.

Diversos aspectos de la presente descripción proporcionan un dispositivo de banco microóptico fabricado mediante un proceso que proporciona el control sobre una o más propiedades del dispositivo de banco microóptico y/o una o más propiedades de las superficies ópticas en el dispositivo de banco microóptico. El proceso incluye grabar un sustrato para formar una estructura permanente que incluye elementos ópticos y una estructura temporal. La forma de la estructura temporal y los huecos entre la estructura temporal y la estructura permanente facilitan el control de una propiedad de la mesa microóptica y/o de las superficies ópticas de los elementos ópticos de la misma. La propiedad puede incluir, por ejemplo, la rugosidad de la superficie, el revestimiento selectivo de las superficies o los ángulos de inclinación de las superficies con respecto a un plano del sustrato. El proceso incluye además retirar la estructura temporal de una trayectoria óptica del dispositivo de banco microóptico. La presente invención se refiere a un método para fabricar un dispositivo microóptico de mesa según la reivindicación 1, y un aspecto secundario de la invención se proporciona en las reivindicaciones dependientes.

La invención se refiere a una pila de gas de múltiples pasos, que se define en las reivindicaciones adjuntas. Las modalidades y ejemplos de la siguiente descripción que se consideran no incluidos en las reivindicaciones adjuntas no forman parte de la presente invención y solo se proporcionan con fines de comprensión. A continuación se presenta un resumen de uno o más aspectos de la presente divulgación, con el fin de proporcionar una comprensión básica de dichos aspectos. Este resumen no es una descripción general exhaustiva de todas las características contempladas de la divulgación y no pretende identificar los elementos clave o críticos de todos los aspectos de la divulgación ni delinear el alcance de alguno o todos los aspectos de la divulgación. Su único propósito es presentar algunos conceptos de uno o más aspectos de la divulgación de forma que sirva de preludio a la descripción más detallada que se presenta más adelante. La invención se define mediante las reivindicaciones adjuntas. La invención proporciona una pila de gas de múltiples pasos según la reivindicación 1. En algunos ejemplos, los componentes ópticos de entrada y salida pueden incluir espejos o lentes curvos. En algunos ejemplos, el conjunto de dos o más reflectores puede incluir espejos esféricos, espejos cóncavos, espejos planos o espejos cilíndricos.

Diversos aspectos de la presente descripción proporcionan un espectrómetro con un rendimiento óptico y una resolución espectral aumentados. En las reivindicaciones se definen varios espectrómetros. Los espectrómetros incluyen una pluralidad de interferómetros de barrido sincronizados entre sí y acoplados en paralelo y un divisor óptico configurado para dividir un haz de luz fuente en una pluralidad de haces de entrada y para dirigir cada uno de los haces de entrada a uno respectivo de la pluralidad de interferómetros. Uno o más detectores están acoplados ópticamente para recibir una salida respectiva de cada uno de la pluralidad de interferómetros y están configurados para detectar un interferograma producido como resultado de las salidas.

Una máscara de sombras con dos o más niveles de aberturas permite una cobertura escalonada selectiva de estructuras microfabricadas dentro de un dispositivo de banco microóptico. La máscara de sombras incluye una primera abertura dentro de la superficie superior de la máscara de sombras y una segunda abertura dentro de la superficie inferior de la máscara de sombras. La segunda abertura está alineada con la primera abertura y tiene una segunda anchura inferior a la primera anchura de la primera abertura. Una superposición entre la primera abertura y la segunda abertura forma un orificio dentro de la máscara de sombra a través del cual puede producirse un recubrimiento selectivo de las estructuras microfabricadas del interior del dispositivo de banco microóptico.

Los aspectos se refieren a los mecanismos para aumentar el campo de visión de un espectrómetro. Un dispositivo óptico puede configurarse para acoplar simultáneamente la luz de diferentes ubicaciones (puntos) de una muestra al espectrómetro para aumentar de manera efectiva el campo de visión del espectrómetro. El dispositivo óptico puede incluir un combinador de haces y al menos un reflector para reflejar los haces de luz desde los puntos respectivos de la muestra hacia el combinador de haces. El combinador de haces puede combinar los haces de luz recibidos de los diferentes puntos para producir un haz de luz combinado que puede introducirse en el espectrómetro.

La presente invención se refiere en general a la metalización o al revestimiento con película delgada de superficies ópticas en dispositivos de banco microóptico y, en particular, a máscaras de sombras que proporcionan una cobertura escalonada selectiva de las superficies ópticas en estructuras microfabricadas dentro de dispositivos de banco microóptico. En cuanto a la fabricación. En general, para producir componentes microópticos y componentes MEMS que puedan procesar un haz de luz en el espacio libre que se propaga en paralelo a un sustrato de silicio sobre aislante (SOI), sobre una oblea de silicio sobre aislante (SOI). El proceso de grabado iónico reactivo profundo (DRIE) se utiliza para formar bancos microópticos profundamente grabados. Tradicionalmente, las máscaras de sombra de un solo nivel se han utilizado para cubrir de forma escalonada las superficies ópticas en bancos microópticos con grabado profundo y mediante metalización selectiva o recubrimiento con película fina.

Los aspectos de la presente descripción se refieren a una célula espectroscópica integrada que comprende un interferómetro de sistema microelectromecánico (MEMS) fabricado dentro de un primer sustrato y una estructura de redireccionamiento de la luz integrada en un segundo sustrato, en la que el segundo sustrato está acoplado al primer sustrato. La estructura de redireccionamiento de la luz incluye al menos un espejo para recibir un haz de luz de entrada que se propaga en una dirección fuera del plano con respecto al primer sustrato y redirigir el haz de luz de entrada a una dirección en el plano con respecto al primer sustrato hacia el interferómetro MEMS.

La presente invención se refiere a un interferómetro de sistema microelectromecánico (MEMS) tal como se define en la reivindicación 1, que utiliza interfaces de equilibrio para superar los problemas de verticalidad y dispersión. El interferómetro MEMS incluye un divisor de haz formado en una primera superficie de un primer medio en una interfaz entre el primer medio y un segundo medio, un primer espejo formado en una segunda superficie del primer medio, un segundo espejo formado en una tercera superficie del primer medio y las interfaces de equilibrio.

Esta solicitud reivindica la prioridad y los intereses en la solicitud provisional núms. 62/350.486 presentada ante la Oficina de Patentes y Marcas de los Estados Unidos el 15 de junio de 2016. Todo el contenido se incorpora al presente documento como referencia, como si se describiera en su totalidad a continuación para todos los fines aplicables. Las técnicas que se describen a continuación se refieren a los dispositivos interferométricos integrados para la medición de interferencias y el análisis espectral, especialmente a los dispositivos interferométricos basados en sistemas microelectromecánicos integrados (MEMS).

Los aspectos de la descripción se refieren a un espectrómetro autorreferenciado para proporcionar una medición simultánea de una densidad espectral de fondo o de referencia y una muestra u otra densidad espectral. El espectrómetro autorreferenciado incluye un interferómetro acoplado ópticamente para recibir un haz de entrada y para dirigir el haz de entrada a lo largo de una primera trayectoria óptica para producir un primer haz de interferencia y una segunda trayectoria óptica para producir un segundo haz de interferencia, donde cada haz de interferencia se produce antes de una salida del interferómetro. El espectrómetro incluye además un detector acoplado ópticamente para detectar simultáneamente una primera señal de interferencia producida a partir del primer haz de interferencia y una segunda señal de interferencia producida a partir del segundo haz de interferencia, y un procesador configurado para procesar la primera señal de interferencia y la segunda señal de interferencia y para utilizar la segunda señal de interferencia como señal de referencia en el procesamiento de la primera señal de interferencia.

Los aspectos de la descripción se refieren a una celda de gas de múltiples pasos que incluye un conjunto de dos o más reflectores, un componente óptico de colimación de entrada y un componente óptico de enfoque de salida. Los componentes ópticos de entrada y salida están integrados con al menos uno de los dos o más reflectores. Por ejemplo, los componentes ópticos de entrada y salida pueden estar integrados en los extremos opuestos de uno solo de los reflectores o pueden estar integrados en el mismo extremo de un solo reflector. Los componentes ópticos de entrada y salida pueden integrarse además con diferentes reflectores. En algunos ejemplos, el conjunto de reflectores y componentes ópticos puede fabricarse dentro del mismo sustrato.

Algunas modalidades de la presente descripción proporcionan un aparato de sistema microelectromecánico (MEMS) para realizar la autocalibración del posicionamiento del espejo. El aparato MEMS incluye al menos un espejo que tiene una superficie no plana y un actuador MEMS que tiene una capacitancia variable que se acopla a un espejo móvil para provocar su desplazamiento. El aparato MEMS incluye además una memoria que mantiene una tabla que mapea las capacitancias almacenadas del actuador MEMS con las respectivas posiciones almacenadas del espejo móvil y un circuito de detección capacitiva acoplado al actuador MEMS para detectar la capacitancia del actuador MEMS en múltiples posiciones de referencia del espejo móvil correspondientes a una ráfaga central y una o más ráfagas secundarias de un interferograma producido por el interferómetro en función de la superficie no plana. Un módulo de calibración usa las capacitancias del actuador en las posiciones de referencia para determinar una cantidad de corrección que se aplicará a las capacitancias almacenadas. La invención se define mediante las reivindicaciones adjuntas.

Los aspectos de la presente descripción se refieren a una tarjeta de sonda óptica integrada y a un sistema para realizar pruebas de obleas de estructuras de sistemas microelectromecánicos ópticos (MEMS) que tienen ejes ópticos en el plano. El enmascaramiento óptico en oblea de las estructuras MEMS ópticas se puede realizar con uno o más conjuntos de plataformas microópticas para redirigir la luz entre una dirección fuera del plano perpendicular a un eje óptico en el plano y una dirección en el plano paralela al eje óptico en el plano para permitir la prueba de las estructuras MEMS ópticas mediante la inyección vertical de luz.

Los dispositivos de sistemas microelectromecánicos (MEMS) proporcionan la autocalibración del posicionamiento del espejo de un espejo móvil de un interferómetro. Al menos un espejo del dispositivo MEMS incluye una superficie no plana. El espejo móvil está acoplado a un actuador MEMS que tiene una capacitancia variable. El dispositivo MEMS incluye un circuito de detección capacitiva para determinar la capacitancia del actuador MEMS en una pluralidad de posiciones de referencia del espejo móvil correspondientes a una ráfaga central y a una o más ráfagas secundarias de interferogramas generadas por el interferómetro basándose en la superficie no plana. El módulo de calibración utiliza la capacitancia del actuador en la posición de referencia para compensar cualquier desviación en el circuito de detección capacitiva.

Los aspectos se refieren a una tarjeta de sonda óptica integrada y a un sistema para realizar pruebas de obleas de estructuras de sistemas microelectromecánicos ópticos (MEMS) con un eje óptico en el plano. El cribado óptico en oblea de las estructuras MEMS ópticas se puede realizar utilizando uno o más componentes de banco microóptico para redirigir la luz entre una dirección fuera del plano que es perpendicular al eje óptico en el plano y una dirección en el plano que es paralela al eje óptico en el plano para permitir la prueba de las estructuras MEMS ópticas con la inyección vertical de la luz.

La máscara de sombra de apertura con dos o más niveles realiza la cobertura escalonada selectiva de la estructura del microproceso en los equipos de banco de microóptica. La máscara de sombras se incluye en la primera abertura en la superficie superior de la máscara de sombras y en la segunda abertura en la superficie inferior de la máscara de sombras. La segunda abertura está alineada con la primera abertura y con el segundo ancho del primer ancho por ser menor que la primera abertura. La superposición entre la primera abertura y la segunda abertura forma un agujero en la máscara de sombra, el selectivo recubrimiento que la estructura del microproceso en microóptica el equipo de banco puede ocurrir junto al agujero.

Las modalidades de la presente invención proporcionan un sistema óptico que incluye un sustrato que tiene un banco microóptico grabado en el mismo usando una técnica litográfica y de grabado profundo. El sistema óptico incluye además un elemento óptico con aberturas que se integra monolíticamente con el banco microóptico y se forma utilizando la técnica litográfica y de grabado profundo. El elemento óptico está acoplado ópticamente para recibir un haz incidente que tiene un eje óptico en un plano del sustrato y para transmitir al menos parcialmente el haz incidente a través del mismo a través de la abertura. En un ejemplo, la abertura tiene una forma rectangular, una forma trapezoidal, una forma triangular, una forma redondeada o una forma arbitraria determinada mediante la técnica litográfica y de grabado profundo. En una modalidad adicional, el elemento óptico incluye al menos dos aberturas que son homogéneas con respecto a al menos una de la altura de cada una de las al menos dos aberturas, la anchura de cada una de las al menos dos aberturas y la separación entre las al menos dos aberturas. Al menos un lado del elemento óptico está metalizado, el elemento óptico puede incluir al menos dos capas de material dieléctrico de manera que la abertura pase a través de cada una de las capas, el elemento óptico puede incluir un espejo de cristal fotónico y/o el elemento óptico puede estar curvado en dos o tres dimensiones. En otra modalidad, el elemento óptico tiene una reflectividad. La reflectividad puede determinarse, al menos en parte, por una o más de las anchuras de la abertura, una cantidad de compensación entre el centro de la abertura y el eje óptico del haz incidente y una cantidad de aberturas dentro del elemento óptico.

Las modalidades de la presente invención proporcionan un aparato de sistema microelectromecánico (MEMS) para realizar la autocalibración del posicionamiento del espejo. El aparato MEMS incluye un espejo móvil y un actuador MEMS con una capacitancia variable que se acopla al espejo móvil para provocar su desplazamiento. El aparato MEMS incluye además una memoria que mantiene una tabla que mapea la capacitancia del actuador MEMS con la posición del espejo móvil, un circuito de detección capacitiva acoplado al actuador MEMS para detectar la capacitancia actual del actuador MEMS, un procesador de señales digitales para acceder a la mesa para determinar la posición actual del espejo móvil en función de la capacitancia actual del actuador MEMS y un módulo de calibración para determinar las respectivas capacitancias reales del actuador MEMS en dos o más posiciones conocidas del espejo móvil para determinar una cantidad de corrección que se aplicará a la posición actual del espejo móvil. El procesador de señales digitales produce además una posición actual corregida del espejo móvil utilizando la cantidad de corrección. Un aparato MEMS y un sistema de interferómetro MEMS de la presente invención son los definidos en las reivindicaciones adjuntas.

Los sistemas microelectromecánicos (MEMS) se refieren a la integración de elementos mecánicos, sensores, actuadores y electrones en un sustrato de silicio común mediante la tecnología de microfabricación. Por ejemplo, la microelectrónica se fabrica normalmente mediante procesos de circuitos integrados (CI), mientras que los componentes micromecánicos se separan de partes de las obleas de silicio de forma selectiva o se interconectan para añadir nuevas capas estructurales. Se fabrican mediante ciertos procesos de microfabricación para formar componentes mecánicos y electromecánicos. Debido a su bajo costo, capacidad de procesamiento por lotes y compatibilidad con la microelectrónica estándar, los dispositivos MEMS proporcionan espectroscopía, perfilometría, detección ambiental, refractometría (o percepción de textura) y algunas otras. Son un candidato atractivo para su uso en aplicaciones de sensores. Además, el pequeño tamaño de los dispositivos MEMS facilita la incorporación de dichos dispositivos MEMS en dispositivos móviles y portátiles.

Una máscara de sombras con dos o más niveles de aberturas permite una cobertura escalonada selectiva de estructuras microfabricadas dentro de un dispositivo de banco microóptico. La máscara de sombras incluye una primera abertura dentro de la superficie superior de la máscara de sombras y una segunda abertura dentro de la superficie inferior de la máscara de sombras. La segunda abertura está alineada con la primera abertura y tiene una segunda anchura inferior a la primera anchura de la primera abertura. Una superposición entre la primera abertura y la segunda abertura forma un orificio dentro de la máscara de sombra a través del cual puede producirse un recubrimiento selectivo de las estructuras microfabricadas del interior del dispositivo de banco microóptico.

Un tipo de interferómetro MEMS (MEMS) proporciona la autocalibración del posicionamiento del espéculo del espejo móvil. El espejo móvil está acoplado al actuador MEMS con capacitancia variable. Los interferómetros MEMS se incluyen para determinar en el circuito de detección de capacitancia de la capacitancia del actuador MEMS de dos o más posiciones conocidas del espejo móvil y para que la capacitancia del actuador en posición conocida se utilice para llevar a cabo el módulo de calibración de cualquier deriva en el circuito de detección de capacidad eléctrica de compensación.

Un dispositivo de banco microóptico se fabrica mediante un proceso que proporciona el control sobre una o más propiedades del dispositivo de banco microóptico y/o una o más propiedades de las superficies ópticas en el dispositivo de banco microóptico. El proceso incluye grabar un sustrato para formar una estructura permanente que incluye elementos ópticos y una estructura temporal. La forma de la estructura temporal y los espacios entre la estructura temporal y la estructura permanente facilitan el control de una propiedad de la mesa microóptica y/o de las superficies ópticas de la misma. El proceso incluye además retirar la estructura temporal de una trayectoria óptica del dispositivo de banco microóptico.

Los aspectos de la descripción se refieren a una unidad espectral integrada que incluye un interferómetro de sistemas microelectromecánicos (MEMS) fabricado dentro de un primer sustrato y una estructura de redirección de la luz integrada en un segundo sustrato, donde el segundo sustrato está acoplado al primer sustrato. La estructura de redireccionamiento de la luz incluye al menos un espejo para recibir un haz de luz de entrada que se propaga en una dirección fuera del plano con respecto al primer sustrato y redirigir el haz de luz de entrada a una dirección en el plano con respecto al primer sustrato hacia el interferómetro MEMS.

La presente invención se refiere en general a la espectroscopia óptica y a la interferometría óptica y, más particularmente, al uso de la tecnología de sistemas microelectromecánicos (MEMS) en interferómetros ópticos. Un sistema microelectromecánico (MEMS) se refiere a un dispositivo en el que los elementos mecánicos, los sensores, los actuadores y la electrónica se integran en un sustrato de silicio común mediante una tecnología de microprocesamiento. Por ejemplo, la microelectrónica se fabrica normalmente mediante un proceso de circuito integrado (IC), mientras que un proceso de microfabricación compatible se utiliza para eliminar de forma selectiva partes de una oblea de silicio o crear nuevas estructuras. Las capas se añaden para formar componentes mecánicos y electromecánicos con el fin de crear componentes micromecánicos. Los dispositivos MEMS se pueden procesar por lotes a bajo costo y son compatibles con los dispositivos microelectrónicos estándar, como la espectroscopía, la medición de formas, la detección ambiental, la medición del índice de refracción (o el reconocimiento de materiales) y varias otras aplicaciones de sensores. Además, dado que el dispositivo MEMS es de tamaño pequeño, se puede integrar fácilmente en un dispositivo portátil o portátil.

Un espectrómetro con resolución mejorada, que tiene un modulador de dominio espectral con una respuesta periódica en el dominio espectral, el modulador de dominio espectral modula un espectro de fuente de luz de banda ancha y otro en la forma de onda de interferencia. O produce múltiples ráfagas desplazadas.

Un tipo de interferómetro de sistemas microelectromecánicos ópticos (MEMS) basado en la división de haces espaciales incluye el separador de haces espaciales para que el espacio del haz de luz de entrada se transmita en dos haces de interferómetro y el dispositivo de agrupamiento de espacios para dos espacios de haz de interferómetro que se cierran al haz. Se proporciona una especie de espejos móviles MEMS para generar la diferencia de trayectoria óptica entre el primer haz de interferómetro y el segundo haz de interferómetro.

Los sistemas de interferómetro del sistema micromecánico (MEMS) utilizan un circuito de detección capacitiva para determinar la posición del espejo móvil. Un actuador MEMS electrostático está acoplado al espejo móvil para provocar el desplazamiento del espejo móvil. El circuito de detección de capacitancia detecta la capacitancia actual del actuador MEMS y determina la posición del espejo móvil en función de la capacitancia actual del actuador MEMS.

Un espectrómetro con mayor rendimiento óptico y/o resolución espectral incluye una pluralidad de interferómetros acoplados en paralelo. Un divisor óptico divide un haz de luz fuente en una pluralidad de haces de entrada y dirige cada uno de los haces de entrada a uno respectivo de la pluralidad de interferómetros. Uno o más detectores están acoplados ópticamente para recibir una salida respectiva de cada uno de la pluralidad de interferómetros y están configurados para detectar un interferograma producido como resultado de las salidas.

Se proporciona una fuente de radiación óptica producida a partir de un material semiconductor desordenado, tal como silicio negro. La fuente de radiación óptica incluye un sustrato semiconductor, una estructura semiconductora desordenada grabada en el sustrato semiconductor y un elemento calefactor dispuesto próximo a la estructura semiconductora desordenada y configurado para calentar la estructura semiconductora desordenada a una temperatura a la que la estructura semiconductora desordenada emita radiación infrarroja térmica.

Un interferómetro de sistema microelectromecánico (MEMS) permite la autocalibración de la posición del espejo de un espejo móvil. El espejo móvil está acoplado a un actuador MEMS que tiene una capacitancia variable. El interferómetro MEMS incluye un circuito de detección capacitiva para determinar la capacitancia del actuador MEMS en dos o más posiciones conocidas del espejo móvil y un módulo de calibración para usar las capacitancias del actuador en las posiciones conocidas para compensar cualquier desviación en el circuito de detección capacitivo.

Un aparato de sistema microelectromecánico (MEMS) permite la autocalibración del posicionamiento del espejo de un espejo móvil de un interferómetro. Al menos un espejo del aparato MEMS incluye una superficie no plana. El espejo móvil está acoplado a un actuador MEMS que tiene una capacitancia variable. El aparato MEMS incluye un circuito de detección capacitiva para determinar la capacitancia del actuador MEMS en múltiples posiciones de referencia del espejo móvil correspondientes a una ráfaga central y a una o más ráfagas secundarias de un interferograma producidas por el interferómetro basándose en la superficie no plana. Un módulo de calibración utiliza las capacitancias del actuador en las posiciones de referencia para compensar cualquier desviación en el circuito de detección capacitiva.

Un giroscopio láser de anillo (RLG) incluye espejos móviles y un actuador de sistemas microelectromecánicos (MEMS) acoplado a los espejos móviles para provocar un desplazamiento respectivo de los mismos que induce una modulación de fase en los haces de luz que se contrapropagan entre sí. La modulación de fase inducida crea una diferencia de trayectoria óptica entre los haces de luz que se contrapropagan, lo que corresponde a una rotación virtual que reduce el bloqueo del RLG.

Se proporciona un microespejo con aberturas integrado en el que el microespejo está integrado monolíticamente con un banco microóptico fabricado sobre un sustrato utilizando una técnica litográfica y de grabado profundo. El microespejo tiene una abertura en su interior y está orientado de tal manera que el microespejo se acopla ópticamente para recibir un haz incidente que tenga un eje óptico en un plano del sustrato y para transmitir, al menos parcialmente, el haz incidente a través del mismo a través de la abertura.

La presente invención se refiere en general a sistemas de bancos ópticos y, más particularmente, a la fabricación de sistemas de bancos ópticos monolíticos microfabricados sobre un sustrato.

Las modalidades de la presente invención proporcionan un interferómetro óptico de sistemas microelectromecánicos (MEMS) que incluye un divisor espacial, un combinador espacial, un espejo móvil y un actuador MEMS. El divisor espacial recibe un haz de entrada y divide espacialmente el haz de entrada en un primer y un segundo haz de interferómetro. El combinador espacial recibe el primer y el segundo haz del interferómetro y los combina espacialmente para producir una salida. Cada uno de los haces de entrada, los haces del interferómetro primero y segundo y el haz de salida se propagan dentro de un medio de propagación que es diferente del medio divisor espacial y del medio combinador espacial. El espejo móvil recibe uno de los haces del interferómetro primero y segundo y refleja el haz recibido hacia el combinador espacial. El actuador MEMS se acopla al espejo móvil para provocar su desplazamiento y producir una diferencia de trayectoria óptica entre el primer haz del interferómetro y el segundo haz del interferómetro. El divisor espacial puede incluir, por ejemplo, un divisor truncado, una guía de ondas hueca de interferencia multimodo (MMI), un divisor ranurado o un divisor en Y. El combinador espacial puede incluir, por ejemplo, un elemento de enfoque, una guía de ondas MMI hueca, un combinador ranurado, un combinador de doble rendija o un combinador en Y.

Un sensor de rotación óptica incluye un láser de Fabry Perot que tiene un medio de ganancia activo para generar los primeros y segundos haces de luz, una trayectoria óptica cerrada a través de la cual los haces de luz primero y segundo se contrapropagan y los espejos primero y segundo se acoplan a los extremos respectivos de la trayectoria óptica cerrada. El primero menor es un espejo anular que tiene una reflectividad de valor complejo que varía con la velocidad de rotación del marco en el que se coloca el sensor de rotación óptico. Un detector está acoplado a una salida del láser Fabry Perot para medir la intensidad de salida del mismo.

Un espectrómetro con resolución mejorada incluye un modulador de dominio espectral que tiene una respuesta periódica en el dominio espectral para modular un espectro fuente de banda ancha y provocar una o más ráfagas desplazadas en el interferograma.

Una especie de sistema de interferómetro MEMS (sistema microelectromecánico) (MEMS) utiliza la posición del espejo móvil de determinación del circuito de detección de capacitancia. Del actuador MEMS electrostático al espejo móvil para provocar su desplazamiento. El circuito de detección de capacitancia detecta la capacitancia presente del actuador MEMS y la posición del espejo móvil de determinación de la presencia de capacitancia según el actuador MEMS.

Esta invención se refiere en general a la espectroscopia y la interferometría, y más particularmente al uso de sistemas microelectromecánicos (MEMS) en espectrómetros ópticos. El sistema microelectromecánico (MEMS) se refiere a la integración de elementos mecánicos, sensores, actuadores y componentes electrónicos proporcionados sobre un sustrato de silicio común, generalmente mediante técnicas de microfabricación. Por ejemplo, la microelectrónica se fabrica normalmente mediante procesos de circuitos integrados (CI), y los componentes micromecánicos se añaden mecánica y mecánicamente mediante el grabado selectivo de partes de una oblea de silicio y la adición de nuevas capas estructurales. Se fabrican mediante un proceso de microfabricación que forma componentes electromecánicos. Los dispositivos MEMS ofrecen sensores de espectroscopía, perfilometría (medición de forma), detección ambiental, medición del índice de refracción (reconocimiento de materiales) y otros sensores debido a su bajo costo, capacidad de procesamiento por lotes y compatibilidad con la microelectrónica estándar. Un candidato atractivo para su uso en el campo. Además, debido a que los dispositivos MEMS son de tamaño pequeño, se pueden integrar fácilmente en dispositivos móviles (móviles) y dispositivos portátiles.

Se describen sistemas ópticos con elementos ópticos asféricos. Los elementos ópticos asféricos tienen superficies en las que el radio de curvatura en el plano varía espacialmente y el perfil de la superficie en sección transversal en el plano se caracteriza porque la multiplicación del coseno del ángulo de incidencia elevado a un exponente distinto de cero por el radio de curvatura en el plano varía menos del veinte por ciento entre dos puntos del perfil superficial de la sección transversal en el plano.

El giroscopio láser de anillo de la presente invención se define en la reivindicación 1. Algunas características relacionadas incluyen un medio de ganancia activo para generar un primer y un segundo haz de luz, un camino óptico cerrado a través del cual el primer y el segundo haces de luz se contrapropagan, un primer y un segundo espejos móviles dentro del camino óptico cerrado y un actuador de sistemas microelectromecánicos (MEMS) acoplado al primer y segundo espejos móviles para provocar un desplazamiento respectivo de los mismos que induce una modulación de fase en el primer y segundo haces de luz uno con respecto al otro, creando así un camino óptico. diferencia entre la primera y la segunda luz haces correspondientes a una rotación virtual para reducir el bloqueo.

Un sistema óptico, tal como un banco óptico monolítico integrado, incluye un elemento óptico curvo tridimensional grabado en un sustrato de manera que el eje óptico del sistema óptico se encuentra dentro del sustrato y es paralelo al plano del sustrato.

La presente invención se refiere en general a dispositivos de sistemas microelectromecánicos (MEMS) y, más particularmente, a actuadores MEMS. El sistema microelectromecánico (MEMS) significa un dispositivo en el que los elementos mecánicos, los sensores, los actuadores y la electrónica (dispositivos electrónicos) se integran en un sustrato de silicio común mediante la tecnología de microfabricación. Por ejemplo, la microelectrónica se fabrica normalmente mediante un proceso de circuito integrado (IC), mientras que los componentes micromecánicos utilizan un proceso de micromecanizado similar a ese proceso para seleccionar selectivamente partes de una oblea de silicio. Se produce mediante la formación de piezas mecánicas y piezas electromecánicas mediante el grabado o la adición de nuevas capas estructurales. Los dispositivos MEMS son de bajo costo, se pueden producir por lotes y son compatibles con la microelectrónica estándar, por lo que se pueden utilizar para la medición espectroscópica, la medición de formas, la detección ambiental, la medición del índice de refracción (o reconocimiento de materiales) y otras aplicaciones de sensores. Son un candidato atractivo y adecuado para. Además, dado que el dispositivo MEMS es de tamaño pequeño, el dispositivo MEMS se puede integrar en un dispositivo móvil o portátil.

La presente invención se refiere en general a MEMS ópticos, y más particularmente a escáneres ópticos que utilizan MEMS. El sistema microelectromecánico (MEMS) significa la integración de elementos mecánicos, sensores, actuadores y componentes electrónicos (equipos electrónicos) en un sustrato de silicio común mediante la tecnología de microfabricación. Para hacer. Por ejemplo, la microelectrónica se fabrica normalmente mediante un proceso de circuito integrado (IC), mientras que los componentes micromecánicos utilizan un proceso de micromecanizado similar a ese proceso para seleccionar selectivamente partes de una oblea de silicio. Se produce mediante la formación de piezas mecánicas y piezas electromecánicas mediante el grabado o la adición de nuevas capas estructurales. Los dispositivos MEMS son de bajo costo, se pueden producir por lotes y son compatibles con la microelectrónica estándar, por lo que se pueden utilizar para la medición espectroscópica, la medición de formas, la detección ambiental, la medición del índice de refracción (o reconocimiento de materiales) y otras aplicaciones de sensores. Son un candidato atractivo y adecuado para. Además, dado que el dispositivo MEMS es de tamaño pequeño, el dispositivo MEMS se puede integrar en un dispositivo móvil o portátil.

Un proceso para preparar alúmina que comprende lixiviar un material que contiene aluminio con HCl y separar el sólido del lixiviado para obtener un lixiviado y un sólido que contiene iones de aluminio e iones de magnesio; precipita MgCl2 de forma sustancialmente selectiva del lixiviado y elimina el MgCl2 del lixiviado; para obtener un precipitado que contiene iones de aluminio en forma de líquido y AlCl3, el lixiviado se hace reaccionar con HCl y separar el producto del líquido; calentar el precipitado en condiciones eficaces para convertir el AlCl 3 en Al 203; y calentar el MgCl 2 en condiciones eficaces para convertirlo en MgO; y recuperar el HCl gaseoso así producido por el calentamiento mediante calentamiento.

La arquitectura de un espectrómetro de sistema microelectromecánico (MEMS) compensa los problemas de verticalidad y dispersión mediante interfaces de equilibrio. Un espectrómetro/interferómetro MEMS incluye un divisor de haz formado en una primera superficie de un primer medio en una interfaz entre el primer medio y un segundo medio, un primer espejo formado en una segunda superficie del primer medio, un segundo espejo formado en una tercera superficie del primer medio e interfaces de equilibrio diseñadas para minimizar tanto la diferencia en los ángulos de inclinación entre las superficies como la diferencia en los errores de fase entre los haces reflejados desde el primer y el segundo espejo.

Un sistema de interferómetro con sistema microelectromecánico (MEMS) utiliza un circuito de detección capacitiva para determinar la posición de un espejo móvil. Un actuador MEMS electrostático se acopla al espejo móvil para provocar su desplazamiento. El circuito de detección capacitiva detecta la capacitancia actual del actuador MEMS y determina la posición del espejo móvil en función de la capacitancia actual del actuador MEMS.

Un interferómetro incluye un espejo de referencia de longitud de trayectoria óptica variable para producir un interferograma final a partir de una combinación de interferogramas. Cada uno de los interferogramas se genera en una longitud de trayectoria óptica diferente del espejo de referencia.

Un actuador de accionamiento de peine electrostático para un dispositivo MEMS incluye un conjunto de resorte de flexión y un primer y un segundo conjuntos de accionamiento de peine, cada uno acoplado al conjunto de resorte de flexión en lados opuestos del mismo. Cada uno de los conjuntos de peine primero y segundo incluye dedos impulsores de peine fijos y dedos impulsores de peine móviles acoplados al conjunto de muelles de flexión y que se extienden hacia los dedos impulsores de peine fijos. Los dedos impulsores del peine se dividen en partes iguales entre el primer y el segundo conjunto de accionamiento del peine y se colocan simétricamente alrededor de un eje de simetría del conjunto de resorte de flexión. Cuando están energizados eléctricamente, los dedos de accionamiento de peine móviles del primer y segundo conjuntos de accionamiento de peine se mueven simultáneamente hacia los dedos de accionamiento de peine fijos del primer y segundo conjuntos de accionamiento de peine.

La arquitectura de un espectrómetro de sistema microelectromecánico (MEMS) compensa los problemas de verticalidad y dispersión mediante interfaces de equilibrio. Un espectrómetro/interferómetro MEMS incluye un divisor de haz formado en una primera superficie de un primer medio en una interfaz entre el primer medio y un segundo medio, un primer espejo formado en una segunda superficie del primer medio, un segundo espejo formado en una tercera superficie del primer medio e interfaces de equilibrio diseñadas para minimizar tanto la diferencia en los ángulos de inclinación entre las superficies como la diferencia en los errores de fase entre los haces reflejados desde el primer y el segundo espejo.

Se logra un interferómetro MEMS Mach-Zehnder utilizando dos divisores de haz semiplanos formados en los bordes respectivos de un primer medio. El primer divisor de haz está acoplado ópticamente para recibir un haz incidente y funciona para dividir el haz incidente en dos haces: el primero se propaga en el primer medio hacia el segundo divisor de haz y el segundo se propaga en un segundo medio. Un espejo móvil en el segundo medio refleja el segundo haz de vuelta hacia el segundo divisor de haz para provocar la interferencia de los dos haces.

Se logra un interferómetro micromecanizado (10) utilizando un divisor de haz semiplano. El divisor de haz está acoplado ópticamente para recibir un haz incidente (I) y funciona para dividir el haz incidente en dos haces interferentes (L1 y L2), cada uno de los cuales se propaga en un medio diferente. Un espejo fijo (M2) incrustado en uno de los medios refleja uno de los haces interferentes (L2) de vuelta hacia el divisor de haz semiplano a través de dicho medio, mientras que un espejo móvil (M1), que está controlado por un actuador (40), refleja el otro haz interferente (L1) de vuelta hacia dicho divisor de haz semiplano a través del otro medio. Un plano de detección (D1 o D2) detecta un patrón de interferencia producido como resultado de la interferencia entre los haces interferentes reflejados (L3 y L4).

Un microescáner óptico logra amplios ángulos de rotación utilizando un reflector curvo. El microescáner óptico incluye un espejo móvil para recibir un haz incidente y reflejar el haz incidente para producir un haz reflejado y un actuador del sistema microelectromecánico (MEMS) que provoca un desplazamiento lineal del espejo móvil. El reflector curvo produce una rotación angular del haz reflejado en función del desplazamiento lineal del espejo móvil.

Las modalidades de la presente invención proporcionan un dispositivo de sistema microelectromecánico (MEMS) óptico que proporciona un multiplicador de retardo de trayectoria óptica. El dispositivo MEMS incluye un reflector cúbico de esquina móvil, un espejo fijo y un actuador MEMS. El reflector cúbico angular móvil está acoplado ópticamente para recibir un haz incidente en un borde del reflector cúbico angular y funciona para reflejar el haz incidente desde otro borde del reflector cúbico angular. El espejo fijo está acoplado ópticamente para recibir el haz incidente reflejado por el reflector cúbico angular móvil y funciona para reflejar el haz incidente de vuelta hacia el reflector cúbico angular móvil en forma de haz reflejado a lo largo de una trayectoria inversa a la del haz incidente. El actuador MEMS está acoplado al reflector cúbico de esquina móvil para provocar un desplazamiento del reflector de cubo de esquina móvil perpendicular a un plano del espejo fijo para extender una longitud de trayectoria óptica del haz reflejado.

Un dispositivo de sistema microelectromecánico óptico (MEMS) proporciona un multiplicador de retardo de trayectoria óptica. El dispositivo MEMS incluye un reflector cúbico de esquina móvil, un espejo fijo y un actuador MEMS. El reflector cúbico angular móvil está acoplado ópticamente para recibir un haz incidente y reflejar el haz incidente 180 grados hacia el espejo fijo. El espejo fijo está acoplado ópticamente para reflejar un haz reflejado de vuelta hacia el reflector cúbico angular móvil siguiendo una trayectoria inversa a la del haz incidente. El actuador MEMS está acoplado al reflector cúbico angular móvil para provocar un desplazamiento del reflector cúbico angular móvil y extender la trayectoria óptica del haz reflejado.

Un actuador de accionamiento de peine electrostático para un dispositivo MEMS incluye un conjunto de resorte de flexión y un primer y un segundo conjuntos de accionamiento de peine, cada uno acoplado al conjunto de resorte de flexión en lados opuestos del mismo. Cada uno de los conjuntos de peine primero y segundo incluye dedos impulsores de peine fijos y dedos impulsores de peine móviles acoplados al conjunto de muelles de flexión y que se extienden hacia los dedos impulsores de peine fijos. Los dedos impulsores del peine se dividen en partes iguales entre el primer y el segundo conjunto de accionamiento del peine y se colocan simétricamente alrededor de un eje de simetría del conjunto de resorte de flexión. Cuando están energizados eléctricamente, los dedos de accionamiento de peine móviles del primer y segundo conjuntos de accionamiento de peine se mueven simultáneamente hacia los dedos de accionamiento de peine fijos del primer y segundo conjuntos de accionamiento de peine.

Un dispositivo de sistema microelectromecánico óptico (MEMS) proporciona un multiplicador de retardo de trayectoria óptica. El dispositivo MEMS incluye un reflector cúbico de esquina móvil, un dispositivo secundario fijo y un actuador MEMS. El reflector cúbico angular móvil está acoplado ópticamente para recibir un haz incidente y reflejar el haz incidente 180 grados hacia el espejo fijo. El reflector secundario fijo se acopla ópticamente para reflejar un haz reflejado hacia el reflector cúbico angular móvil siguiendo una trayectoria inversa a la del haz incidente. El actuador MEMS está acoplado al reflector cúbico angular móvil para provocar un desplazamiento del reflector cúbico angular móvil y extender la trayectoria óptica del haz reflejado.

Se logra un interferómetro micromecanizado utilizando un divisor de haz semiplano. El divisor de haz está acoplado ópticamente para recibir un haz incidente y funciona para dividir el haz incidente en dos haces interferentes, cada uno de los cuales se propaga en un medio diferente. Un espejo fijo incrustado en uno de los medios refleja uno de los haces interferentes de vuelta hacia el divisor de haz semiplano a través de dicho medio, mientras que un espejo móvil, controlado por un actuador, refleja el otro haz interferente hacia dicho divisor de haz semiplano a través del otro medio. Un plano de detección detecta un patrón de interferencia producido como resultado de la interferencia entre los haces interferentes reflejados.

Se logra un interferómetro micromecanizado (10) utilizando un divisor de haz semiplano. El divisor de haz está acoplado ópticamente para recibir un haz incidente (I) y funciona para dividir el haz incidente en dos haces interferentes (L1 y L2), cada uno de los cuales se propaga en un medio diferente. Un espejo fijo (M2) incrustado en uno de los medios refleja uno de los haces interferentes (L2) de vuelta hacia el divisor de haz semiplano a través de dicho medio, mientras que un espejo móvil (M1), que está controlado por un actuador (40), refleja el otro haz interferente (L1) de vuelta hacia dicho divisor de haz semiplano a través del otro medio. Un plano de detección (D1 o D2) detecta un patrón de interferencia producido como resultado de la interferencia entre los haces interferentes reflejados (L3 y L4).