brevets

Certains aspects de la divulgation concernent une unité spectrale intégrée comprenant un interféromètre à microsystèmes électromécaniques (MEMS) fabriqué dans un premier substrat et une structure de redirection de lumière intégrée sur un second substrat, le second substrat étant couplé au premier substrat. La structure de redirection de lumière comprend au moins un miroir destiné à recevoir un faisceau lumineux d'entrée se propageant dans une direction hors du plan par rapport au premier substrat et à rediriger le faisceau lumineux d'entrée dans une direction dans le plan par rapport au premier substrat en direction de l'interféromètre MEMS.

Certains aspects concernent un dispositif de détection spectrale à réflexion interne totale atténuée (ATR) intégré et compact. Le dispositif de détection spectrale comprend un substrat, un spectromètre et un détecteur. Le substrat comprend un élément ATR, un canal microfluidique et une interface de canal au niveau d'une limite entre l'élément ATR et le canal microfluidique formé dans celui-ci. L'élément ATR est configuré pour recevoir la lumière d'entrée et pour diriger la lumière d'entrée vers l'interface de canal pour une réflexion interne totale de la lumière d'entrée au niveau de l'interface de canal. Une onde évanescente produite par un échantillon contenu dans le canal microfluidique sur la base de la réflexion interne totale de la lumière d'entrée atténue la lumière émise par l'élément ATR et la lumière de sortie résultante peut être analysée à l'aide du spectromètre et du détecteur.

Certains aspects concernent un analyseur de matériaux compact comprenant une source lumineuse, un détecteur et un module comprenant une première fenêtre optique sur un premier côté du module, une seconde fenêtre optique sur un second côté du module opposé au premier côté, et un modulateur de lumière. La source lumineuse produit une lumière d'entrée à haute puissance qui passe par la première fenêtre optique vers le modulateur de lumière. Le modulateur de lumière est configuré pour atténuer la lumière d'entrée, produire une lumière modulée sur la base de la lumière d'entrée et diriger la lumière modulée à travers la seconde fenêtre optique vers l'échantillon. La lumière modulée produite par le modulateur de lumière est à une puissance inférieure sans danger pour l'échantillon. Le détecteur est configuré pour recevoir la lumière de sortie de l'échantillon produite par interaction avec la lumière modulée à travers la seconde fenêtre optique et pour détecter un spectre de la lumière de sortie.

Certains aspects concernent un analyseur de matériaux compact comprenant une source lumineuse, un détecteur et un module comprenant une première fenêtre optique sur un premier côté du module, une seconde fenêtre optique sur un second côté du module opposé au premier côté, et un modulateur de lumière. La source lumineuse produit une lumière d'entrée à haute puissance qui passe par la première fenêtre optique vers le modulateur de lumière. Le modulateur de lumière est configuré pour atténuer la lumière d'entrée, produire une lumière modulée sur la base de la lumière d'entrée et diriger la lumière modulée à travers la seconde fenêtre optique vers l'échantillon. La lumière modulée produite par le modulateur de lumière est à une puissance inférieure sans danger pour l'échantillon. Le détecteur est configuré pour recevoir la lumière de sortie de l'échantillon produite par interaction avec la lumière modulée à travers la seconde fenêtre optique et pour détecter un spectre de la lumière de sortie.

Certains aspects de la présente divulgation concernent un spectromètre autoréférencement permettant de mesurer simultanément la densité spectrale de fond ou de référence et la densité spectrale d'échantillon ou autre. Le spectromètre autoréférenceur comprend un interféromètre couplé optiquement pour recevoir un faisceau d'entrée et pour diriger le faisceau d'entrée le long d'un premier trajet optique afin de produire un premier faisceau d'interférence et pour diriger le faisceau d'entrée le long d'un second chemin optique afin de produire un second faisceau d'interférence, chaque faisceau d'interférence étant produit avant une sortie de l'interféromètre. Le spectromètre comprend également un détecteur couplé optiquement pour détecter simultanément un premier signal d'interférence généré par le premier faisceau d'interférence et un second signal d'interférence généré par le second faisceau d'interférence, et un processeur configuré pour traiter le premier signal d'interférence et le second signal d'interférence et pour utiliser le second signal d'interférence comme signal de référence lors du traitement du premier signal d'interférence.

Ce qui suit présente un résumé d'un ou de plusieurs aspects de la présente divulgation, afin de fournir une compréhension de base de ces aspects. Ce résumé n'est pas un aperçu complet de toutes les caractéristiques envisagées de la divulgation et ne vise ni à identifier les éléments clés ou critiques de tous les aspects de la divulgation ni à délimiter la portée de certains ou de tous les aspects de la divulgation. Son seul but est de présenter certains concepts d'un ou de plusieurs aspects de la divulgation sous une forme en prélude à la description plus détaillée qui sera présentée plus loin. Différents aspects de la divulgation concernent des piles à gaz miniaturisées fabriquées à l'aide de la technologie des semi-conducteurs. La cellule à gaz miniaturisée peut être une cellule à gaz à passes multiples ou une cellule à gaz à guide d'ondes creux. Selon certains aspects, la pile à gaz miniaturisée peut comprendre une surface inférieure et des parois latérales formées dans un substrat (par exemple, un substrat en silicium ou un substrat en silicium sur isolant (SOI)). Dans certains exemples, la surface inférieure et/ou les parois latérales peuvent être revêtues d'un matériau réfléchissant, tel qu'un métal à revêtement métallique ou diélectrique. Dans d'autres exemples, la surface inférieure et/ou les parois latérales peuvent comprendre des miroirs de Bragg en silicium. La cellule à gaz comprend en outre au moins une entrée de gaz et au moins une sortie de gaz couplées pour injecter un fluide, tel qu'un gaz, un liquide ou un plasma, dans et hors de la cellule à gaz, respectivement. De plus, la cellule à gaz comprend en outre une entrée optique et une sortie optique, chacune couplée optiquement pour diriger la lumière vers et hors de la cellule à gaz, respectivement. La lumière peut être guidée dans la cellule à gaz au moins par la surface inférieure et les parois latérales.

Divers aspects de la présente invention concernent un dispositif de banc micro-optique fabriqué par un procédé qui permet de contrôler une ou plusieurs propriétés du dispositif de banc micro-optique et/ou une ou plusieurs propriétés des surfaces optiques du dispositif de banc micro-optique. Le procédé consiste à graver un substrat pour former une structure permanente comprenant des éléments optiques et une structure temporaire. La forme de la structure temporaire et les espaces entre la structure temporaire et la structure permanente facilitent le contrôle d'une propriété du banc micro-optique et/ou des surfaces optiques des éléments optiques qu'il contient. La propriété peut inclure, par exemple, la rugosité de surface, le revêtement sélectif des surfaces ou les angles d'inclinaison des surfaces par rapport à un plan du substrat. Le procédé consiste en outre à retirer la structure temporaire d'un trajet optique du dispositif de banc micro-optique. La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un dispositif de banc micro-optique selon la revendication 1, et des aspects subsidiaires de l'invention sont fournis dans les revendications dépendantes.

L'invention concerne une pile à gaz à passes multiples, qui est définie par les revendications annexées. Les modes de réalisation et les exemples de la description suivante qui sont considérés comme non couverts par les revendications annexées ne font pas partie de la présente invention et ne sont fournis qu'à des fins de compréhension. Ce qui suit présente un résumé d'un ou de plusieurs aspects de la présente divulgation, afin de fournir une compréhension de base de ces aspects. Ce résumé n'est pas un aperçu complet de toutes les caractéristiques envisagées de la divulgation et ne vise ni à identifier les éléments clés ou critiques de tous les aspects de la divulgation ni à délimiter la portée de certains ou de tous les aspects de la divulgation. Son seul but est de présenter certains concepts d'un ou de plusieurs aspects de la divulgation sous une forme en prélude à la description plus détaillée qui sera présentée plus loin. L'invention est définie par les revendications annexées. L'invention concerne une pile à gaz à passes multiples selon la revendication 1. Dans certains exemples, les composants optiques d'entrée et de sortie peuvent comprendre des miroirs ou des lentilles incurvés. Dans certains exemples, l'ensemble de deux réflecteurs ou plus peut comprendre des miroirs sphériques, des miroirs concaves, des miroirs plats ou des miroirs cylindriques.

Divers aspects de la présente divulgation concernent un spectromètre présentant un débit optique et une résolution spectrale accrus. Différents spectromètres sont définis dans les revendications. Les spectromètres comprennent une pluralité d'interféromètres à balayage synchronisés les uns avec les autres et couplés en parallèle et un diviseur optique configuré pour diviser un faisceau lumineux source en une pluralité de faisceaux d'entrée et pour diriger chacun des faisceaux d'entrée vers un interféromètre correspondant de la pluralité d'interféromètres. Un ou plusieurs détecteurs sont couplés optiquement pour recevoir une sortie respective de chacun de la pluralité d'interféromètres et sont configurés pour détecter un interférogramme produit à la suite des sorties.

Un masque d'ombre comportant au moins deux niveaux d'ouvertures permet de couvrir des étapes sélectives de structures microfabriquées dans un dispositif de banc micro-optique. Le masque d'ombre comprend une première ouverture à l'intérieur d'une surface supérieure du masque d'ombre et une seconde ouverture à l'intérieur de la surface inférieure du masque d'ombre. La seconde ouverture est alignée avec la première ouverture et présente une seconde largeur inférieure à la première largeur de la première ouverture. Un chevauchement entre la première ouverture et la seconde ouverture forme un trou dans le masque d'ombre à travers lequel un revêtement sélectif de structures microfabriquées à l'intérieur du dispositif de banc micro-optique peut être appliqué.

Certains aspects concernent des mécanismes permettant d'augmenter le champ de vision d'un spectromètre. Un dispositif optique peut être configuré pour coupler simultanément la lumière provenant de différents emplacements (points) d'un échantillon au spectromètre afin d'augmenter efficacement le champ de vision du spectromètre. Le dispositif optique peut comprendre un combineur de faisceaux et au moins un réflecteur pour réfléchir les faisceaux lumineux provenant de points respectifs de l'échantillon vers le combineur de faisceaux. Le combineur de faisceaux peut combiner les faisceaux lumineux reçus provenant des différents points pour produire un faisceau lumineux combiné qui peut être introduit dans le spectromètre.

La présente invention concerne de manière générale la métallisation ou le revêtement en couches minces de surfaces optiques dans des dispositifs de banc micro-optiques, et en particulier des masques d'ombre qui fournissent une couverture progressive sélective des surfaces optiques dans des structures microfabriquées dans des dispositifs de banc micro-optiques. En ce qui concerne la fabrication. Généralement, pour produire des composants micro-optiques et des composants MEMS capables de traiter un faisceau lumineux en espace libre se propageant parallèlement à un substrat de silicium sur isolant (SOI), sur une plaquette de silicium sur isolant (SOI). Le procédé DRIE (Deep Reactive Ion Etching) est utilisé pour former des bancs micro-optiques profondément gravés. Traditionnellement, des masques d'ombre à un niveau étaient utilisés pour couvrir les surfaces optiques par étapes dans des bancs micro-optiques profondément gravés et pour une métallisation sélective ou un revêtement en couche mince.

Certains aspects de la présente divulgation concernent une cellule de spectroscopie intégrée comprenant un interféromètre à microsystème électromécanique (MEMS) fabriqué dans un premier substrat et une structure de redirection de lumière intégrée sur un second substrat, le second substrat étant couplé au premier substrat. La structure de redirection de lumière comprend au moins un miroir destiné à recevoir un faisceau lumineux d'entrée se propageant dans une direction hors du plan par rapport au premier substrat et à rediriger le faisceau lumineux d'entrée dans une direction dans le plan par rapport au premier substrat en direction de l'interféromètre MEMS.

La présente invention concerne un interféromètre à microsystème électromécanique (MEMS) tel que défini dans la revendication 1, qui utilise des interfaces d'équilibrage pour surmonter les problèmes de verticalité et de dispersion. L'interféromètre MEMS comprend un séparateur de faisceau formé sur une première surface d'un premier support au niveau d'une interface entre le premier milieu et un second milieu, un premier miroir formé sur une deuxième surface du premier support, un deuxième miroir formé sur une troisième surface du premier support et les interfaces d'équilibrage.

Cette demande revendique la priorité et des intérêts dans la demande provisoire nos 62/350 486 déposée auprès de l'Office des brevets et des marques des États-Unis le 15 juin 2016. L'intégralité du contenu est incorporée aux présentes par référence comme s'il était entièrement décrit ci-dessous à toutes fins applicables. Les techniques décrites ci-dessous concernent des dispositifs interférométriques intégrés pour la mesure des interférences et l'analyse spectrale, en particulier des dispositifs interférométriques basés sur des systèmes microélectromécaniques intégrés (MEMS).

Certains aspects de la divulgation concernent un spectromètre autoréférencé permettant de mesurer simultanément une densité spectrale de fond ou de référence et une densité spectrale d'échantillon ou autre. Le spectromètre autoréférencé comprend un interféromètre couplé optiquement pour recevoir un faisceau d'entrée et pour diriger le faisceau d'entrée le long d'un premier trajet optique pour produire un premier faisceau interférant et un second chemin optique pour produire un second faisceau interférant, chaque faisceau interférant étant produit avant une sortie de l'interféromètre. Le spectromètre comprend en outre un détecteur couplé optiquement pour détecter simultanément un premier signal d'interférence produit par le premier faisceau d'interférence et un second signal d'interférence produit par le second faisceau d'interférence, et un processeur configuré pour traiter le premier signal d'interférence et le second signal d'interférence et pour utiliser le second signal d'interférence comme signal de référence dans le traitement du premier signal d'interférence.

Certains aspects de la divulgation concernent une pile à gaz à passes multiples qui comprend un ensemble de deux réflecteurs ou plus, un composant optique de collimation d'entrée et un composant optique de focalisation de sortie. Les composants optiques d'entrée et de sortie sont intégrés à au moins l'un des deux réflecteurs ou plus. Par exemple, les composants optiques d'entrée et de sortie peuvent être intégrés aux extrémités opposées d'un seul des réflecteurs ou peuvent être intégrés à la même extrémité d'un seul réflecteur. Les composants optiques d'entrée et de sortie peuvent en outre être intégrés à différents réflecteurs. Dans certains exemples, l'ensemble de réflecteurs et de composants optiques peut être fabriqué dans le même substrat.

Les modes de réalisation de la présente invention concernent un appareil à microsystème électromécanique (MEMS) permettant d'effectuer un auto-étalonnage du positionnement du miroir. L'appareil MEMS comprend au moins un miroir ayant une surface non plane et un actionneur MEMS ayant une capacité variable qui est couplé à un miroir mobile pour provoquer son déplacement. L'appareil MEMS comprend en outre une mémoire contenant une table mappant les capacités stockées de l'actionneur MEMS aux positions mémorisées respectives du miroir mobile et un circuit de détection capacitif couplé à l'actionneur MEMS pour détecter la capacité de l'actionneur MEMS à de multiples positions de référence du miroir mobile correspondant à une rafale centrale et à une ou plusieurs rafales secondaires d'un interférogramme produit par l'interféromètre sur la base de la surface non plane. Un module d'étalonnage utilise les capacités de l'actionneur aux positions de référence pour déterminer une quantité de correction à appliquer aux capacités stockées. L'invention est définie par les revendications annexées.

Certains aspects de la présente divulgation concernent une carte de sonde optique intégrée et un système pour effectuer des tests de plaquettes de structures de systèmes microélectromécaniques optiques (MEMS) ayant des axes optiques dans le plan. Le masquage optique sur tranche de structures MEMS optiques peut être effectué à l'aide d'un ou de plusieurs ensembles de plateformes microoptiques pour rediriger la lumière entre une direction hors plan perpendiculaire à un axe optique intérieur au plan et une direction intérieure parallèle à l'axe optique intérieur du plan afin de permettre le test des structures MEMS optiques par injection verticale de lumière.

Les systèmes microélectromécaniques (MEMS) permettent d'auto-étalonner le positionnement du miroir mobile d'un interféromètre. Au moins un miroir du dispositif MEMS comprend une surface non plane. Le miroir mobile est couplé à un actionneur MEMS à capacité variable. Le dispositif MEMS comprend un circuit de détection capacitif destiné à déterminer une capacité de l'actionneur MEMS à une pluralité de positions de référence du miroir mobile correspondant à une rafale centrale et à une ou plusieurs rafales secondaires d'interférogrammes générés par l'interféromètre sur la base de la surface non plane. Le module d'étalonnage utilise la capacité de l'actionneur à la position de référence pour compenser toute dérive dans le circuit de détection capacitif.

Certains aspects concernent une carte de sonde optique intégrée et un système pour effectuer des tests de tranches de structures de systèmes microélectromécaniques optiques (MEMS) avec un axe optique dans le plan. Le criblage optique sur tranche de structures MEMS optiques peut être effectué à l'aide d'un ou de plusieurs composants de banc micro-optiques pour rediriger la lumière entre une direction hors plan qui est perpendiculaire à l'axe optique intérieur du plan et une direction intérieure parallèle à l'axe optique intérieur du plan afin de permettre le test des structures MEMS optiques par injection verticale de lumière.

Le masque d'ombre à ouverture à deux niveaux ou plus réalise la couverture par étapes sélective de la microstructure de processus dans un équipement de banc de microoptique. Le masque d'ombre est inclus dans la première ouverture de la surface supérieure du masque d'ombre et dans la deuxième ouverture de la surface inférieure du masque d'ombre. La deuxième ouverture est alignée avec la première ouverture et avec la deuxième largeur de la première largeur car elle est inférieure à la première ouverture. Le chevauchement entre la première ouverture et la seconde ouverture forme un trou dans le masque d'ombre, le sélectif revêtement que le micro Process structure en microoptique un équipement de paillasse peut se trouver à proximité du trou.

Des modes de réalisation de la présente invention concernent un système optique comprenant un substrat dans lequel est gravé un banc micro-optique à l'aide d'une technique de lithographie et de gravure profonde. Le système optique comprend en outre un élément optique à ouverture qui est intégré de manière monolithique au banc micro-optique et formé à l'aide de la technique de lithographie et de gravure profonde. L'élément optique est couplé optiquement pour recevoir un faisceau incident ayant un axe optique dans un plan du substrat et pour transmettre au moins partiellement le faisceau incident à travers celui-ci via l'ouverture. Dans un mode de réalisation, l'ouverture présente une forme rectangulaire, une forme trapézoïdale, une forme triangulaire, une forme arrondie ou une forme arbitraire déterminée par la technique de lithographie et de gravure profonde. Dans un autre mode de réalisation, l'élément optique comprend au moins deux ouvertures qui sont homogènes en ce qui concerne au moins l'une de la hauteur de chacune des deux ouvertures, la largeur de chacune des au moins deux ouvertures et la distance entre les au moins deux ouvertures. Au moins un côté de l'élément optique est métallisé, l'élément optique peut comprendre au moins deux couches de matériau diélectrique de telle sorte que l'ouverture traverse chacune des couches, l'élément optique peut comprendre un miroir à cristaux photoniques et/ou l'élément optique peut être incurvé en deux dimensions ou en trois dimensions. Dans un autre mode de réalisation, l'élément optique possède une réflectivité. La réflectivité peut être déterminée au moins en partie par une ou plusieurs des valeurs suivantes : la largeur de l'ouverture, le décalage entre le centre de l'ouverture et l'axe optique du faisceau incident, et le nombre d'ouvertures à l'intérieur de l'élément optique.

Les modes de réalisation de la présente invention concernent un appareil à microsystème électromécanique (MEMS) permettant d'effectuer un auto-étalonnage du positionnement du miroir. L'appareil MEMS comprend un miroir mobile et un actionneur MEMS à capacité variable qui est couplé au miroir mobile pour provoquer son déplacement. L'appareil MEMS comprend en outre une mémoire conservant une table mappant la capacité de l'actionneur MEMS à la position du miroir mobile, un circuit de détection capacitif couplé à l'actionneur MEMS pour détecter une capacité actuelle de l'actionneur MEMS, un processeur de signal numérique pour accéder au tableau pour déterminer une position actuelle du miroir mobile sur la base de la capacité actuelle de l'actionneur MEMS et un module d'étalonnage pour déterminer les capacités réelles respectives de l'actionneur MEMS. à au moins deux positions connues du miroir mobile pour déterminer une quantité de correction à appliquer à la position actuelle du miroir mobile. Le processeur de signal numérique produit en outre une position actuelle corrigée du miroir mobile en utilisant la quantité de correction. Un appareil MEMS et un système interférométrique MEMS de la présente invention sont tels que définis par les revendications annexées.

Les systèmes microélectromécaniques (MEMS) font référence à l'intégration d'éléments mécaniques, de capteurs, d'actionneurs et d'électrons sur un substrat de silicium commun par la technologie de microfabrication. Par exemple, la microélectronique est généralement fabriquée à l'aide de procédés de circuits intégrés (CI), tandis que les composants micromécaniques sont gravés de manière sélective à partir de parties de tranches de silicium ou interconnectés pour ajouter de nouvelles couches structurelles. Fabriqué à l'aide de certains procédés de microfabrication pour former des composants mécaniques et électromécaniques. En raison de leur faible coût, de leur capacité de traitement par lots et de leur compatibilité avec la microélectronique standard, les dispositifs MEMS fournissent la spectroscopie, la profilométrie, la détection environnementale, la réfractométrie (ou perception de texture) et bien d'autres. C'est un candidat intéressant pour une utilisation dans les applications de capteurs. De plus, la petite taille des dispositifs MEMS facilite l'intégration de tels dispositifs MEMS dans des dispositifs mobiles et portables.

Un masque d'ombre comportant au moins deux niveaux d'ouvertures permet de couvrir des étapes sélectives de structures microfabriquées dans un dispositif de banc micro-optique. Le masque d'ombre comprend une première ouverture à l'intérieur d'une surface supérieure du masque d'ombre et une seconde ouverture à l'intérieur de la surface inférieure du masque d'ombre. La seconde ouverture est alignée avec la première ouverture et présente une seconde largeur inférieure à la première largeur de la première ouverture. Un chevauchement entre la première ouverture et la seconde ouverture forme un trou dans le masque d'ombre à travers lequel un revêtement sélectif de structures microfabriquées à l'intérieur du dispositif de banc micro-optique peut être appliqué.

Une sorte d'interféromètre MEMS (MEMS) permet l'auto-étalonnage du positionnement du spéculum du miroir mobile. Le miroir mobile est couplé à l'actionneur MEMS à capacité variable.Des interféromètres MEMS sont inclus pour déterminer dans le circuit de détection de capacité la capacité de l'actionneur MEMS de deux ou plusieurs positions connues du miroir mobile et pour la capacité de l'actionneur en position connue à utiliser pour réaliser le module d'étalonnage de toute dérive dans circuit de détection de capacité électrique de compensation.

Un dispositif de banc micro-optique est fabriqué par un procédé qui permet de contrôler une ou plusieurs propriétés du dispositif de banc micro-optique et/ou une ou plusieurs propriétés des surfaces optiques du dispositif de banc micro-optique. Le procédé consiste à graver un substrat pour former une structure permanente comprenant des éléments optiques et une structure temporaire. La forme de la structure temporaire et les espaces entre la structure temporaire et la structure permanente facilitent le contrôle d'une propriété du banc micro-optique et/ou des surfaces optiques qu'il contient. Le procédé consiste en outre à retirer la structure temporaire d'un trajet optique du dispositif de banc micro-optique.

Certains aspects de la divulgation concernent une unité spectrale intégrée comprenant un interféromètre à microsystèmes électromécaniques (MEMS) fabriqué dans un premier substrat et une structure de redirection de lumière intégrée sur un second substrat, le second substrat étant couplé au premier substrat. La structure de redirection de lumière comprend au moins un miroir destiné à recevoir un faisceau lumineux d'entrée se propageant dans une direction hors du plan par rapport au premier substrat et à rediriger le faisceau lumineux d'entrée dans une direction dans le plan par rapport au premier substrat en direction de l'interféromètre MEMS.

La présente invention concerne de manière générale la spectroscopie optique et l'interférométrie optique, et plus particulièrement l'utilisation de la technologie des microsystèmes électromécaniques (MEMS) dans des interféromètres optiques. Un microsystème électromécanique (MEMS) fait référence à un dispositif dans lequel des éléments mécaniques, des capteurs, des actionneurs et des composants électroniques sont intégrés sur un substrat de silicium commun par une technologie de microtraitement. Par exemple, la microélectronique est généralement fabriquée à l'aide d'un procédé de circuit intégré (CI), tandis qu'un procédé de microfabrication compatible est utilisé pour graver sélectivement des parties d'une tranche de silicium ou créer de nouvelles structures. Des couches sont ajoutées pour former des composants mécaniques et électromécaniques afin de créer des composants micromécaniques. Les dispositifs MEMS peuvent être traités par lots à faible coût et sont compatibles avec les dispositifs microélectroniques standard, notamment la spectroscopie, la mesure de forme, la détection environnementale, la mesure de l'indice de réfraction (ou reconnaissance des matériaux) et diverses autres applications de capteurs. De plus, étant donné que le dispositif MEMS est de petite taille, il peut être facilement intégré dans un dispositif portable ou un dispositif portatif.

Spectromètre à résolution améliorée, comprenant un modulateur du domaine spectral avec une réponse périodique dans le domaine spectral, le modulateur du domaine spectral modulant un spectre de source lumineuse à large bande et un autre dans la forme d'onde d'interférence. Ou il produit plusieurs rafales décalées.

Un type d'interféromètre à microsystèmes électromécaniques optiques (MEMS) basé sur la division du faisceau spatial comprend le séparateur spatial de faisceaux pour l'espace du faisceau lumineux d'entrée à transmettre en deux faisceaux interférométriques et le dispositif de regroupement spatial pour deux espaces de faisceaux interférométriques à fermer au faisceau. Une sorte de miroirs mobiles MEMS est prévue, pour générer la différence de chemin optique entre le premier faisceau d'interféromètre et le second faisceau d'interféromètre.

Les systèmes interférométriques à système micromécanique (MEMS) utilisent un circuit de détection capacitif pour déterminer la position du miroir mobile. Un actionneur MEMS électrostatique est couplé au miroir mobile pour provoquer le déplacement du miroir mobile. Le circuit de détection de capacité détecte la capacité actuelle de l'actionneur MEMS et détermine la position du miroir mobile sur la base de la capacité actuelle de l'actionneur MEMS.

Un spectromètre à débit optique et/ou à résolution spectrale accrus comprend une pluralité d'interféromètres couplés en parallèle. Un diviseur optique divise un faisceau lumineux source en une pluralité de faisceaux d'entrée et dirige chacun des faisceaux d'entrée vers un interféromètre correspondant de la pluralité d'interféromètres. Un ou plusieurs détecteurs sont couplés optiquement pour recevoir une sortie respective de chacun de la pluralité d'interféromètres et sont configurés pour détecter un interférogramme produit à la suite des sorties.

Une source de rayonnement optique produite à partir d'un matériau semi-conducteur désordonné, tel que du silicium noir, est fournie. La source de rayonnement optique comprend un substrat semi-conducteur, une structure semi-conductrice désordonnée gravée dans le substrat semi-conducteur et un élément chauffant disposé à proximité de la structure semi-conductrice désordonnée et configuré pour chauffer la structure semi-conductrice désordonnée à une température à laquelle la structure semi-conductrice désordonnée émet un rayonnement infrarouge thermique.

Un interféromètre à microsystème électromécanique (MEMS) permet l'auto-étalonnage du positionnement du miroir mobile. Le miroir mobile est couplé à un actionneur MEMS à capacité variable. L'interféromètre MEMS comprend un circuit de détection capacitif pour déterminer la capacité de l'actionneur MEMS à au moins deux positions connues du miroir mobile et un module d'étalonnage pour utiliser les capacités de l'actionneur aux positions connues afin de compenser toute dérive dans le circuit de détection capacitif.

Un appareil à microsystème électromécanique (MEMS) permet l'auto-étalonnage du positionnement du miroir mobile d'un interféromètre. Au moins un miroir de l'appareil MEMS comprend une surface non plane. Le miroir mobile est couplé à un actionneur MEMS à capacité variable. L'appareil MEMS comprend un circuit de détection capacitif destiné à déterminer la capacité de l'actionneur MEMS à de multiples positions de référence du miroir mobile correspondant à une rafale centrale et à une ou plusieurs rafales secondaires d'un interférogramme produit par l'interféromètre sur la base de la surface non plane. Un module d'étalonnage utilise les capacités de l'actionneur aux positions de référence pour compenser toute dérive dans le circuit de détection capacitif.

Un gyroscope laser annulaire (RLG) comprend des miroirs mobiles et un actionneur de systèmes micro-électromécaniques (MEMS) couplé aux miroirs mobiles pour provoquer un déplacement respectif de ceux-ci qui induit une modulation de phase sur des faisceaux lumineux à contre-propagation les uns par rapport aux autres. La modulation de phase induite crée une différence de chemin optique entre les faisceaux lumineux à contre-propagation correspondant à une rotation virtuelle qui réduit le verrouillage du RLG.

Un micromiroir à ouvertures intégré est prévu, le micromiroir étant intégré de manière monolithique à un banc micro-optique fabriqué sur un substrat à l'aide d'une technique de lithographie et de gravure profonde. Le micromiroir comporte une ouverture et est orienté de telle sorte que le micromiroir est couplé optiquement pour recevoir un faisceau incident ayant un axe optique dans un plan du substrat et pour transmettre au moins partiellement le faisceau incident à travers celui-ci via l'ouverture.

La présente invention concerne de manière générale des systèmes de bancs optiques, et plus particulièrement la fabrication de systèmes de bancs optiques monolithiques microfabriqués sur un substrat.

Les modes de réalisation de la présente invention concernent un interféromètre à microsystèmes électromécaniques (MEMS) optiques comprenant un séparateur spatial, un combineur spatial, un miroir mobile et un actionneur MEMS. Le diviseur spatial reçoit un faisceau d'entrée et divise spatialement le faisceau d'entrée en premier et second faisceaux interférométriques. Le combineur spatial reçoit les premier et second faisceaux d'interféromètre et les combine spatialement pour produire une sortie. Chacun des faisceaux d'entrée, des premier et second faisceaux interférométriques et du faisceau de sortie se propage dans un milieu de propagation qui est différent du milieu séparateur spatial et du milieu combinateur spatial. Le miroir mobile reçoit l'un des premier et second faisceaux d'interféromètre et réfléchit le faisceau reçu vers le combineur spatial. L'actionneur MEMS est couplé au miroir mobile pour provoquer un déplacement de celui-ci afin de produire une différence de trajet optique entre le premier faisceau d'interféromètre et le second faisceau d'interféromètre. Le séparateur spatial peut comprendre, par exemple, un séparateur tronqué, un guide d'ondes à interférence multimode (MMI) creux, un séparateur à fentes ou un séparateur en Y. Le combineur spatial peut comprendre, par exemple, un élément de focalisation, un guide d'ondes MMI creux, un combineur à fentes, un combineur à double fente ou un combineur en Y.

Un capteur de rotation optique comprend un laser Fabry Pérot comportant un milieu à gain actif destiné à générer des premier et second faisceaux lumineux, un trajet optique fermé à travers lequel les premier et second faisceaux lumineux se propagent dans le sens contraire et des premier et second miroirs couplés aux extrémités respectives du chemin optique fermé. Le premier élément mineur est un miroir annulaire ayant une réflectivité évaluée complexe qui varie en fonction de la vitesse de rotation d'un cadre dans lequel le capteur de rotation optique est placé. Un détecteur est couplé à une sortie du laser Fabry Perot pour en mesurer l'intensité de sortie.

Un spectromètre à résolution améliorée comprend un modulateur de domaine spectral ayant une réponse périodique dans le domaine spectral pour moduler un spectre source à large bande et provoquer une ou plusieurs rafales décalées dans l'interférogramme.

Une sorte de système interférométrique MEMS (microsystème électromécanique) (MEMS) utilise la position du miroir mobile de détermination du circuit de détection de capacité. Un actionneur MEMS électrostatique est placé sur un miroir mobile pour provoquer son déplacement. Le circuit de détection de capacité détecte la capacité présente de l'actionneur MEMS et la position du miroir mobile de détermination de la capacité présente sur la base de l'actionneur MEMS.

La présente invention concerne de manière générale la spectroscopie et l'interférométrie, et plus particulièrement l'utilisation de microsystèmes électromécaniques (MEMS) dans des spectromètres optiques. Le système microélectromécanique (MEMS) fait référence à l'intégration d'éléments mécaniques, de capteurs, d'actionneurs et de composants électroniques fournis sur un substrat de silicium commun, généralement par des techniques de microfabrication. Par exemple, la microélectronique est généralement fabriquée à l'aide de procédés de circuits intégrés (CI), et les composants micromécaniques sont ajoutés mécaniquement et mécaniquement en gravant sélectivement des parties d'une tranche de silicium et en ajoutant de nouvelles couches structurales. Fabriqué à l'aide d'un procédé de microfabrication qui permet de former des composants électromécaniques. Les dispositifs MEMS offrent la spectroscopie, la profilométrie (mesure de forme), la détection environnementale, la mesure de l'indice de réfraction (reconnaissance des matériaux) et d'autres capteurs en raison de leur faible coût, de leur capacité de traitement par lots et de leur compatibilité avec la microélectronique standard. Un candidat intéressant pour une utilisation sur le terrain. En outre, étant donné que les dispositifs MEMS sont de petite taille, ils peuvent être facilement intégrés dans des appareils mobiles (mobiles) et des appareils portables.

Des systèmes optiques comportant des éléments optiques asphériques sont décrits. Les éléments optiques asphériques ont des surfaces dans lesquelles le rayon de courbure dans le plan varie dans l'espace et le profil de surface de section transversale dans le plan est caractérisé en ce que la multiplication du cosinus de l'angle d'incidence élevé à un exposant non nul par le rayon de courbure dans le plan varie de moins de vingt pour cent entre deux points quelconques du profil de surface de section transversale dans le plan.

Le gyroscope laser annulaire de la présente invention est défini par la revendication 1. Certaines caractéristiques associées comprennent un milieu à gain actif pour générer des premier et second faisceaux lumineux, un trajet optique fermé à travers lequel les premier et second faisceaux lumineux se propagent dans le sens inverse, des premier et second miroirs mobiles à l'intérieur du chemin optique fermé et un actionneur de microsystèmes électromécaniques (MEMS) couplé aux premier et second miroirs mobiles pour provoquer un déplacement respectif de ceux-ci qui induit une modulation de phase sur les premier et second faisceaux lumineux l'un par rapport à l'autre, créant ainsi une différence de trajet optique entre le premier et le deuxième feu des faisceaux correspondant à une rotation virtuelle pour réduire le verrouillage.

Un système optique, tel qu'un banc optique monolithique intégré, comprend un élément optique incurvé tridimensionnel gravé dans un substrat de telle sorte que l'axe optique du système optique se trouve à l'intérieur du substrat et soit parallèle au plan du substrat.

La présente invention concerne de manière générale des dispositifs à microsystèmes électromécaniques (MEMS), et plus particulièrement des actionneurs MEMS. Le système microélectromécanique (MEMS) désigne un dispositif dans lequel des éléments mécaniques, des capteurs, des actionneurs et des composants électroniques (dispositifs électroniques) sont intégrés sur un substrat de silicium commun par la technologie de microfabrication. Par exemple, la microélectronique est généralement fabriquée à l'aide d'un procédé de circuit intégré (CI), tandis que les composants micromécaniques utilisent un processus de micro-usinage similaire à celui-ci pour sélectionner de manière sélective des parties d'une tranche de silicium. Il est produit en formant des pièces mécaniques et des pièces électromécaniques en les gravant ou en ajoutant de nouvelles couches structurelles. Les dispositifs MEMS sont peu coûteux, peuvent être produits par lots et sont compatibles avec la microélectronique standard. Ils peuvent donc être utilisés pour la mesure spectroscopique, la mesure de forme, la détection environnementale, la mesure de l'indice de réfraction (ou la reconnaissance de matériaux) et d'autres applications de capteurs. Un candidat attrayant adapté à. En outre, étant donné que le dispositif MEMS est de petite taille, le dispositif MEMS peut être intégré dans un dispositif mobile ou un dispositif portatif.

La présente invention concerne de manière générale les MEMS optiques, et plus particulièrement les scanners optiques utilisant des MEMS. Le microsystème électromécanique (MEMS) désigne l'intégration d'éléments mécaniques, de capteurs, d'actionneurs et de composants électroniques (équipements électroniques) sur un substrat de silicium commun par la technologie de microfabrication. À faire. Par exemple, la microélectronique est généralement fabriquée à l'aide d'un procédé de circuit intégré (CI), tandis que les composants micromécaniques utilisent un processus de micro-usinage similaire à celui-ci pour sélectionner de manière sélective des parties d'une tranche de silicium. Il est produit en formant des pièces mécaniques et des pièces électromécaniques en les gravant ou en ajoutant de nouvelles couches structurelles. Les dispositifs MEMS sont peu coûteux, peuvent être produits par lots et sont compatibles avec la microélectronique standard. Ils peuvent donc être utilisés pour la mesure spectroscopique, la mesure de forme, la détection environnementale, la mesure de l'indice de réfraction (ou la reconnaissance de matériaux) et d'autres applications de capteurs. Un candidat attrayant adapté à. En outre, étant donné que le dispositif MEMS est de petite taille, le dispositif MEMS peut être intégré dans un dispositif mobile ou un dispositif portatif.

Procédé de préparation d'alumine comprenant la lixiviation d'un matériau contenant de l'aluminium avec du HCl et la séparation du solide du lixiviat pour obtenir un lixiviat et un solide contenant des ions aluminium et des ions magnésium ; le MgCl2 précipitant de manière sensiblement sélective du lixiviat et éliminant le MgCl2 du lixiviat ; pour obtenir un précipité contenant des ions aluminium sous forme liquide et AlCl3, le lixiviat est mis à réagir avec du HCl et précipité Séparation du produit du liquide ; chauffage du précipité dans des conditions permettant de convertir AlCl 3 en Al 203 ; et en chauffant le MgCl 2 dans des conditions permettant de le convertir en MgO ; et en récupérant le HCl gazeux ainsi produit par chauffage.

L'architecture d'un spectromètre à microsystème électromécanique (MEMS) compense les problèmes de verticalité et de dispersion à l'aide d'interfaces d'équilibrage. Un spectromètre/interféromètre MEMS comprend un séparateur de faisceau formé sur une première surface d'un premier support au niveau d'une interface entre le premier milieu et un second support, un premier miroir formé sur une deuxième surface du premier support, un deuxième miroir formé sur une troisième surface du premier support et des interfaces d'équilibrage conçues pour minimiser à la fois une différence d'angles d'inclinaison entre les surfaces et une différence d'erreurs de phase entre les faisceaux réfléchis par les premier et second miroirs.

Un système interférométrique à microsystème électromécanique (MEMS) utilise un circuit de détection capacitif pour déterminer la position d'un miroir mobile. Un actionneur MEMS électrostatique est couplé au miroir mobile pour provoquer son déplacement. Le circuit de détection capacitif détecte la capacité actuelle de l'actionneur MEMS et détermine la position du miroir mobile sur la base de la capacité actuelle de l'actionneur MEMS.

Un interféromètre comprend un miroir de référence à longueur de trajet optique variable pour produire un interférogramme final à partir d'une combinaison d'interférogrammes. Chacun des interférogrammes est généré à une longueur de trajet optique différente du miroir de référence.

Un actionneur d'entraînement à peigne électrostatique pour un dispositif MEMS comprend un ensemble ressort de flexion et des premier et second ensembles d'entraînement à peigne, chacun étant couplé à l'ensemble ressort de flexion sur des côtés opposés de celui-ci. Chacun des premier et second ensembles de peignes comprend des doigts d'entraînement de peigne fixes et des doigts d'entraînement de peigne mobiles couplés à l'ensemble ressort de flexion et s'étendant vers les doigts d'entraînement de peigne fixes. Les doigts d'entraînement du peigne sont répartis de manière égale entre les premier et second ensembles d'entraînement du peigne et placés symétriquement par rapport à un axe de symétrie de l'ensemble ressort de flexion. Lorsqu'ils sont alimentés électriquement, les doigts d'entraînement en peigne mobiles des premier et second ensembles d'entraînement en peigne se déplacent simultanément vers les doigts d'entraînement en peigne fixes des premier et second ensembles d'entraînement en peigne.

L'architecture d'un spectromètre à microsystème électromécanique (MEMS) compense les problèmes de verticalité et de dispersion à l'aide d'interfaces d'équilibrage. Un spectromètre/interféromètre MEMS comprend un séparateur de faisceau formé sur une première surface d'un premier support au niveau d'une interface entre le premier milieu et un second support, un premier miroir formé sur une deuxième surface du premier support, un deuxième miroir formé sur une troisième surface du premier support et des interfaces d'équilibrage conçues pour minimiser à la fois une différence d'angles d'inclinaison entre les surfaces et une différence d'erreurs de phase entre les faisceaux réfléchis par les premier et second miroirs.

Un interféromètre MEMS Mach-Zehnder est réalisé à l'aide de deux séparateurs de faisceau demi-plans formés sur les bords respectifs d'un premier milieu. Le premier séparateur de faisceau est couplé optiquement pour recevoir un faisceau incident et fonctionne pour diviser le faisceau incident en deux faisceaux, un premier se propageant dans le premier milieu vers le second séparateur de faisceau et un second se propageant dans un second milieu. Un miroir mobile situé dans le second support réfléchit le second faisceau vers le second diviseur de faisceau pour provoquer une interférence entre les deux faisceaux.

Un interféromètre micro-usiné (10) est obtenu à l'aide d'un diviseur de faisceau demi-plan. Le séparateur de faisceau est couplé optiquement pour recevoir un faisceau incident (I) et fonctionne pour diviser le faisceau incident en deux faisceaux interférents (L1 et L2), chacun se propageant dans un milieu différent. Un miroir fixe (M2) intégré dans l'un des supports réfléchit l'un des faisceaux interférents (L2) vers le séparateur de faisceau demi-plan à travers ce support, tandis qu'un miroir mobile (M1), qui est commandé par un actionneur (40), réfléchit l'autre faisceau interférant (L1) vers ledit séparateur de faisceau demi-plan à travers l'autre support. Un plan de détection (D1 ou D2) détecte un motif d'interférence produit à la suite d'une interférence entre les faisceaux interférents réfléchis (L3 et L4).

Un microscanner optique permet d'obtenir de grands angles de rotation à l'aide d'un réflecteur incurvé. Le microscanner optique comprend un miroir mobile destiné à recevoir un faisceau incident et à réfléchir le faisceau incident pour produire un faisceau réfléchi et un actionneur de système microélectromécanique (MEMS) qui provoque un déplacement linéaire du miroir mobile. Le réflecteur incurvé produit une rotation angulaire du faisceau réfléchi en fonction du déplacement linéaire du miroir mobile.

Les modes de réalisation de la présente invention concernent un dispositif de microsystème électromécanique (MEMS) optique fournissant un multiplicateur de retard de trajet optique. Le dispositif MEMS comprend un réflecteur cubique à angle mobile, un miroir fixe et un actionneur MEMS. Le réflecteur cubique d'angle mobile est couplé optiquement pour recevoir un faisceau incident sur un bord du réflecteur cubique d'angle et peut fonctionner pour réfléchir le faisceau incident depuis un autre bord du réflecteur de cube d'angle. Le miroir fixe est couplé optiquement pour recevoir le faisceau incident réfléchi par le réflecteur cubique à angle mobile et peut fonctionner pour renvoyer le faisceau incident vers le réflecteur cubique à angle mobile sous la forme d'un faisceau réfléchi le long d'une trajectoire inverse du faisceau incident. L'actionneur MEMS est couplé au réflecteur cubique d'angle mobile pour provoquer un déplacement du réflecteur cubique d'angle mobile perpendiculairement à un plan du miroir fixe afin d'étendre la longueur du trajet optique du faisceau réfléchi.

Un dispositif à microsystème électromécanique optique (MEMS) fournit un multiplicateur de retard du chemin optique. Le dispositif MEMS comprend un réflecteur cubique à angle mobile, un miroir fixe et un actionneur MEMS. Le réflecteur cubique à angle mobile est couplé optiquement pour recevoir un faisceau incident et réfléchir le faisceau incident à 180 degrés vers le miroir fixe. Le miroir fixe est couplé optiquement pour renvoyer un faisceau réfléchi vers le réflecteur cubique à angle mobile le long d'une trajectoire inverse du faisceau incident. L'actionneur MEMS est couplé au réflecteur cubique d'angle mobile pour provoquer un déplacement du réflecteur cubique d'angle mobile afin d'étendre la longueur du trajet optique du faisceau réfléchi.

Un actionneur d'entraînement à peigne électrostatique pour un dispositif MEMS comprend un ensemble ressort de flexion et des premier et second ensembles d'entraînement à peigne, chacun étant couplé à l'ensemble ressort de flexion sur des côtés opposés de celui-ci. Chacun des premier et second ensembles de peignes comprend des doigts d'entraînement de peigne fixes et des doigts d'entraînement de peigne mobiles couplés à l'ensemble ressort de flexion et s'étendant vers les doigts d'entraînement de peigne fixes. Les doigts d'entraînement du peigne sont répartis de manière égale entre les premier et second ensembles d'entraînement du peigne et placés symétriquement par rapport à un axe de symétrie de l'ensemble ressort de flexion. Lorsqu'ils sont alimentés électriquement, les doigts d'entraînement en peigne mobiles des premier et second ensembles d'entraînement en peigne se déplacent simultanément vers les doigts d'entraînement en peigne fixes des premier et second ensembles d'entraînement en peigne.

Un dispositif à microsystème électromécanique optique (MEMS) fournit un multiplicateur de retard du chemin optique. Le dispositif MEMS comprend un réflecteur cubique à angle mobile, un élément secondaire fixe et un actionneur MEMS. Le réflecteur cubique à angle mobile est couplé optiquement pour recevoir un faisceau incident et réfléchir le faisceau incident à 180 degrés vers le miroir fixe. Le mineur fixe est couplé optiquement pour renvoyer un faisceau réfléchi vers le réflecteur cubique à angle mobile le long d'une trajectoire inverse du faisceau incident. L'actionneur MEMS est couplé au réflecteur cubique d'angle mobile pour provoquer un déplacement du réflecteur cubique d'angle mobile afin d'étendre la longueur du trajet optique du faisceau réfléchi.

Un interféromètre micro-usiné est obtenu à l'aide d'un séparateur de faisceau demi-plan. Le séparateur de faisceau est couplé optiquement pour recevoir un faisceau incident et fonctionne pour diviser le faisceau incident en deux faisceaux interférents, chacun se propageant dans un milieu différent. Un miroir fixe intégré dans l'un des supports réfléchit l'un des faisceaux interférents vers le séparateur de faisceau semi-plan à travers ce support, tandis qu'un miroir mobile, qui est commandé par un actionneur, réfléchit l'autre faisceau interférant vers ledit séparateur de faisceau demi-plan à travers l'autre support. Un plan de détection détecte un diagramme d'interférence produit à la suite d'une interférence entre les faisceaux interférents réfléchis.

Un interféromètre micro-usiné (10) est obtenu à l'aide d'un diviseur de faisceau demi-plan. Le séparateur de faisceau est couplé optiquement pour recevoir un faisceau incident (I) et fonctionne pour diviser le faisceau incident en deux faisceaux interférents (L1 et L2), chacun se propageant dans un milieu différent. Un miroir fixe (M2) intégré dans l'un des supports réfléchit l'un des faisceaux interférents (L2) vers le séparateur de faisceau demi-plan à travers ce support, tandis qu'un miroir mobile (M1), qui est commandé par un actionneur (40), réfléchit l'autre faisceau interférant (L1) vers ledit séparateur de faisceau demi-plan à travers l'autre support. Un plan de détection (D1 ou D2) détecte un motif d'interférence produit à la suite d'une interférence entre les faisceaux interférents réfléchis (L3 et L4).