patentes

Aspectos da divulgação estão relacionados a uma unidade espectral integrada, incluindo um interferômetro de sistemas microeletromecânicos (MEMS) fabricado dentro de um primeiro substrato e uma estrutura de redirecionamento de luz integrada em um segundo substrato, onde o segundo substrato é acoplado ao primeiro substrato. A estrutura de redirecionamento de luz inclui pelo menos um espelho para receber um feixe de luz de entrada que se propaga em uma direção fora do plano com, em relação ao primeiro substrato e redirecionando o feixe de luz de entrada para uma direção no plano em relação ao primeiro substrato em direção ao interferômetro MEMS.

Aspectos relacionados a um dispositivo de detecção espectral de reflexão interna total atenuada (ATR) integrado e compacto. O dispositivo de detecção espectral inclui um substrato, um espectrômetro e um detector. O substrato inclui um elemento ATR, um canal microfluídico e uma interface de canal em um limite entre o elemento ATR e o canal microfluídico formado nele. O elemento ATR é configurado para receber luz de entrada e direcionar a luz de entrada para a interface do canal para reflexão interna total da luz de entrada na interface do canal. Uma onda evanescente produzida por uma amostra contida no canal microfluídico com base na reflexão interna total da luz de entrada atenua a saída de luz do elemento ATR e a luz de saída resultante pode ser analisada usando o espectrômetro e o detector.

Os aspectos estão relacionados a um analisador de material compacto, incluindo uma fonte de luz, um detector e um módulo que inclui uma primeira janela óptica no primeiro lado do módulo, uma segunda janela óptica no segundo lado do módulo oposto ao primeiro lado e um modulador de luz. A fonte de luz produz luz de entrada em alta potência que passa pela primeira janela óptica até o modulador de luz. O modulador de luz é configurado para atenuar a luz de entrada, produzir luz modulada com base na luz de entrada e direcionar a luz modulada através da segunda janela óptica para a amostra. A luz modulada produzida pelo modulador de luz está em uma potência mais baixa, segura para a amostra. O detector é configurado para receber luz de saída da amostra produzida pela interação com a luz modulada através da segunda janela óptica e para detectar um espectro da luz de saída.

Os aspectos estão relacionados a um analisador de material compacto, incluindo uma fonte de luz, um detector e um módulo que inclui uma primeira janela óptica no primeiro lado do módulo, uma segunda janela óptica no segundo lado do módulo oposto ao primeiro lado e um modulador de luz. A fonte de luz produz luz de entrada em alta potência que passa pela primeira janela óptica até o modulador de luz. O modulador de luz é configurado para atenuar a luz de entrada, produzir luz modulada com base na luz de entrada e direcionar a luz modulada através da segunda janela óptica para a amostra. A luz modulada produzida pelo modulador de luz está em uma potência mais baixa, segura para a amostra. O detector é configurado para receber luz de saída da amostra produzida pela interação com a luz modulada através da segunda janela óptica e para detectar um espectro da luz de saída.

Aspectos da presente divulgação estão relacionados a um espectrômetro de autorreferência para fornecer medição simultânea da densidade espectral de fundo ou de referência e da amostra ou outra densidade espectral. O espectrômetro de autorreferência inclui um interferômetro opticamente acoplado para receber um feixe de entrada e direcionar o feixe de entrada ao longo de um primeiro caminho óptico para produzir um primeiro feixe de interferência e direcionar o feixe de entrada ao longo de um segundo caminho óptico para produzir um segundo feixe de interferência, em que cada feixe de interferência é produzido antes da saída do interferômetro. O espectrômetro também inclui um detector acoplado opticamente para detectar simultaneamente um primeiro sinal de interferência gerado pelo primeiro feixe de interferência e um segundo sinal de interferência gerado pelo segundo feixe de interferência, e um processador configurado para processar o primeiro sinal de interferência e o segundo sinal de interferência e usar o segundo sinal de interferência como sinal de referência ao processar o primeiro sinal de interferência.

A seguir, é apresentado um resumo de um ou mais aspectos da presente divulgação, a fim de fornecer uma compreensão básica de tais aspectos. Este resumo não é uma visão geral abrangente de todas as características contempladas da divulgação e não se destina a identificar elementos-chave ou críticos de todos os aspectos da divulgação, nem a delinear o escopo de qualquer ou todos os aspectos da divulgação. Seu único objetivo é apresentar alguns conceitos de um ou mais aspectos da divulgação em um formulário como um prelúdio para a descrição mais detalhada que será apresentada posteriormente. Vários aspectos da divulgação estão relacionados às células de gás miniaturizadas fabricadas com tecnologia de semicondutores. A célula de gás miniaturizada pode ser uma célula de gás de passagem múltipla ou uma célula de gás de guia de onda oca. Em alguns aspectos, a célula de gás miniaturizada pode incluir uma superfície inferior e paredes laterais formadas em um substrato (por exemplo, um substrato de silício ou substrato isolante de silício (SOI)). Em alguns exemplos, a superfície inferior e/ou as paredes laterais podem ser revestidas com um material refletivo, como metal ou metal com revestimento dielétrico. Em outros exemplos, a superfície inferior e/ou as paredes laterais podem incluir espelhos Bragg de silicone. A célula de gás inclui ainda pelo menos uma entrada de gás e pelo menos uma saída de gás acoplada para injeção de um fluido, como gás, líquido ou plasma, para dentro e para fora da célula de gás, respectivamente. Além disso, a célula de gás inclui ainda uma entrada óptica e uma saída óptica, cada uma acoplada opticamente para direcionar a luz para dentro e para fora da célula de gás, respectivamente. A luz pode ser guiada na célula de gás pelo menos pela superfície inferior e pelas paredes laterais.

Vários aspectos da presente divulgação fornecem um dispositivo de bancada micro-óptica fabricado por um processo que fornece controle sobre uma ou mais propriedades do dispositivo de bancada micro-óptica e/ou uma ou mais propriedades de superfícies ópticas no dispositivo de bancada micro-óptica. O processo inclui a gravação de um substrato para formar uma estrutura permanente, incluindo elementos ópticos e uma estrutura temporária. A forma da estrutura temporária e as lacunas entre a estrutura temporária e a estrutura permanente facilitam o controle de uma propriedade da bancada micro-óptica e/ou das superfícies ópticas dos elementos ópticos nela contidos. A propriedade pode incluir, por exemplo, rugosidade superficial, revestimento seletivo de superfícies ou ângulos de inclinação das superfícies em relação a um plano do substrato. O processo inclui ainda a remoção da estrutura temporária de um caminho óptico do dispositivo de bancada micro-óptica. A presente invenção é direcionada a um método para fabricar um dispositivo de bancada micro-óptica de acordo com a reivindicação 1, e aspectos subsidiários da invenção são fornecidos nas reivindicações dependentes.

A invenção é direcionada a uma célula de gás de passagem múltipla, que é definida pelas reivindicações anexas. As modalidades e exemplos na descrição a seguir, que são considerados não cobertos pelas reivindicações anexas, não fazem parte da presente invenção e são fornecidos apenas para fins de entendimento. A seguir, é apresentado um resumo de um ou mais aspectos da presente divulgação, a fim de fornecer uma compreensão básica de tais aspectos. Este resumo não é uma visão geral abrangente de todas as características contempladas da divulgação e não se destina a identificar elementos-chave ou críticos de todos os aspectos da divulgação, nem a delinear o escopo de qualquer ou todos os aspectos da divulgação. Seu único objetivo é apresentar alguns conceitos de um ou mais aspectos da divulgação em um formulário como um prelúdio para a descrição mais detalhada que será apresentada posteriormente. A invenção é definida pelas reivindicações anexas. A invenção fornece uma célula de gás de passagem múltipla de acordo com a reivindicação 1. Em alguns exemplos, os componentes ópticos de entrada e saída podem incluir espelhos ou lentes curvas. Em alguns exemplos, o conjunto de dois ou mais refletores pode incluir espelhos esféricos, espelhos côncavos, espelhos planos ou espelhos cilíndricos.

Vários aspectos da presente divulgação fornecem um espectrômetro com maior rendimento óptico e resolução espectral. Vários espectrômetros são definidos nas reivindicações. Os espectrômetros incluem uma pluralidade de interferômetros de varredura sincronizados entre si e acoplados em paralelo e um divisor óptico configurado para dividir um feixe de luz de origem em uma pluralidade de feixes de entrada e para direcionar cada um dos feixes de entrada para um respectivo da pluralidade de interferômetros. Um ou mais detectores são acoplados opticamente para receber uma saída respectiva de cada uma das pluralidades de interferômetros e são configurados para detectar um interferograma produzido como resultado das saídas.

Uma máscara de sombra com dois ou mais níveis de aberturas permite a cobertura seletiva de etapas de estruturas microfabricadas dentro de um dispositivo de bancada microóptica. A máscara de sombra inclui uma primeira abertura na superfície superior da máscara de sombra e uma segunda abertura na superfície inferior da máscara de sombra. A segunda abertura está alinhada com a primeira abertura e tem uma segunda largura menor que a primeira largura da primeira abertura. Uma sobreposição entre a primeira abertura e a segunda abertura forma um orifício dentro da máscara de sombra através do qual pode ocorrer um revestimento seletivo de estruturas microfabricadas dentro do dispositivo de bancada microóptica.

Aspectos relacionados aos mecanismos para aumentar o campo de visão de um espectrômetro. Um dispositivo óptico pode ser configurado para acoplar simultaneamente a luz de diferentes locais (pontos) em uma amostra ao espectrômetro para aumentar efetivamente o campo de visão do espectrômetro. O dispositivo óptico pode incluir um combinador de feixe e pelo menos um refletor para refletir feixes de luz dos respectivos pontos na amostra em direção ao combinador de feixe. O combinador de feixe pode combinar os feixes de luz recebidos dos diferentes pontos para produzir um feixe de luz combinado que pode ser inserido no espectrômetro.

A presente invenção se refere geralmente à metalização ou revestimento de película fina de superfícies ópticas em dispositivos de bancada micro-ópticos e, em particular, máscaras de sombra que fornecem cobertura seletiva de superfícies ópticas em estruturas microfabricadas dentro de dispositivos de bancada microópticos. Em relação à fabricação. Geralmente, para produzir componentes micro-ópticos e componentes MEMS que podem processar um feixe de luz de espaço livre que se propaga paralelamente a um substrato de silício sobre isolador (SOI), em uma pastilha de silício sobre isolador (SOI). O processo de gravação por íons reativos profundos (DRIE) é usado para formar bancos micro-ópticos profundamente gravados. Tradicionalmente, máscaras de sombra de um nível têm sido usadas para fornecer cobertura escalonada de superfícies ópticas em bancos microópticos profundamente gravados e metalização seletiva ou revestimento de película fina.

Aspectos da presente divulgação estão relacionados a uma célula de espectroscopia integrada compreendendo um interferômetro de sistema microeletromecânico (MEMS) fabricado dentro de um primeiro substrato e uma estrutura de redirecionamento de luz integrada em um segundo substrato, em que o segundo substrato é acoplado ao primeiro substrato. A estrutura de redirecionamento de luz inclui pelo menos um espelho para receber um feixe de luz de entrada se propagando em uma direção fora do plano em relação ao primeiro substrato e redirecionando o feixe de luz de entrada para uma direção no plano em relação ao primeiro substrato em direção ao interferômetro MEMS.

A presente invenção é direcionada a um interferômetro do Sistema Micro Eletro-Mecânico (MEMS), conforme definido na reivindicação 1, que usa interfaces de balanceamento para superar os problemas de verticalidade e dispersão. O interferômetro MEMS inclui um divisor de feixe formado na primeira superfície de um primeiro meio em uma interface entre o primeiro meio e um segundo meio, um primeiro espelho formado em uma segunda superfície do primeiro meio, um segundo espelho formado em uma terceira superfície do primeiro meio e as interfaces de balanceamento.

Este pedido reivindica prioridade e interesses no pedido provisório nº 62/350.486 apresentado ao Escritório de Marcas e Patentes dos Estados Unidos em 15 de junho de 2016. Todo o conteúdo é incorporado aqui por referência, como se estivesse totalmente descrito abaixo para todos os fins aplicáveis. As técnicas descritas abaixo estão relacionadas a dispositivos interferométricos integrados para medição de interferência e análise espectral, especialmente a dispositivos interferométricos baseados em sistema microeletromecânico integrado (MEMS).

Os aspectos da divulgação estão relacionados a um espectrômetro autorreferenciado para fornecer medição simultânea de uma densidade espectral de fundo ou de referência e uma amostra ou outra densidade espectral. O espectrômetro autorreferenciado inclui um interferômetro opticamente acoplado para receber um feixe de entrada e direcionar o feixe de entrada ao longo de um primeiro caminho óptico para produzir um primeiro feixe interferente e um segundo caminho óptico para produzir um segundo feixe interferente, onde cada feixe interferente é produzido antes da saída do interferômetro. O espectrômetro inclui ainda um detector acoplado opticamente para detectar simultaneamente um primeiro sinal de interferência produzido pelo primeiro feixe interferente e um segundo sinal de interferência produzido pelo segundo feixe interferente, e um processador configurado para processar o primeiro sinal de interferência e o segundo sinal de interferência e utilizar o segundo sinal de interferência como sinal de referência no processamento do primeiro sinal de interferência.

Os aspectos da divulgação estão relacionados a uma célula de gás de passagem múltipla que inclui um conjunto de dois ou mais refletores, um componente óptico de colimação de entrada e um componente óptico de foco de saída. Os componentes ópticos de entrada e saída são integrados com pelo menos um dos dois ou mais refletores. Por exemplo, os componentes ópticos de entrada e saída podem ser integrados em extremidades opostas de um único dos refletores ou podem ser integrados na mesma extremidade de um único refletor. Os componentes ópticos de entrada e saída podem ainda ser integrados a diferentes refletores. Em alguns exemplos, o conjunto de refletores e componentes ópticos pode ser fabricado dentro do mesmo substrato.

As modalidades da presente divulgação fornecem um aparelho de Sistema Micro-Eletro-Mecânico (MEMS) para realizar a autocalibração do posicionamento do espelho. O aparelho MEMS inclui pelo menos um espelho com uma superfície não plana e um atuador MEMS com uma capacitância variável que é acoplado a um espelho móvel para causar um deslocamento do mesmo. O aparelho MEMS inclui ainda uma memória que mantém uma tabela mapeando as capacitâncias armazenadas do atuador MEMS para as respectivas posições armazenadas do espelho móvel e um circuito de detecção capacitivo acoplado ao atuador MEMS para detectar a capacitância do atuador MEMS em várias posições de referência do espelho móvel correspondentes a uma explosão central e uma ou mais rajadas secundárias de um interferograma produzido pelo interferômetro com base no superfície não plana. Um módulo de calibração usa as capacitâncias do atuador nas posições de referência para determinar uma quantidade de correção a ser aplicada às capacitâncias armazenadas. A invenção é definida pelas reivindicações anexas.

Os aspectos da presente divulgação estão relacionados a uma placa de sonda óptica integrada e um sistema para realizar testes de pastilhas de estruturas de sistemas microeletromecânicos ópticos (MEMS) com eixos ópticos planos. O mascaramento óptico on-wafer de estruturas MEMS ópticas pode ser realizado com um ou mais conjuntos de plataformas microópticas para redirecionar a luz entre uma direção fora do plano perpendicular a um eixo óptico no plano e uma direção no plano paralela ao eixo óptico no plano para permitir o teste das estruturas ópticas de MEMS por injeção vertical de luz.

Os dispositivos de Sistemas Microeletromecânicos (MEMS) fornecem autocalibração do posicionamento do espelho de um espelho móvel de um interferômetro. Pelo menos um espelho no dispositivo MEMS inclui uma superfície não plana. O espelho móvel é acoplado a um atuador MEMS com uma capacitância variável. O dispositivo MEMS inclui um circuito de detecção capacitivo para determinar a capacitância do atuador MEMS em uma pluralidade de posições de referência do espelho móvel correspondentes a uma explosão central e uma ou mais explosões secundárias de interferogramas gerados pelo interferômetro com base na superfície não plana. O módulo de calibração usa a capacitância do atuador na posição de referência para compensar qualquer desvio no circuito de detecção capacitiva.

Os aspectos estão relacionados a uma placa de sonda óptica integrada e a um sistema para realizar testes de pastilhas de estruturas de sistemas microeletromecânicos ópticos (MEMS) com um eixo óptico no plano. A triagem óptica on-wafer de estruturas MEMS ópticas pode ser realizada utilizando um ou mais componentes de bancada microóptica para redirecionar a luz entre uma direção fora do plano que é perpendicular ao eixo óptico no plano para uma direção no plano que é paralela ao eixo óptico no plano para permitir o teste das estruturas ópticas de MEMS com injeção vertical da luz.

A máscara de sombra de abertura com dois ou mais níveis realiza a cobertura seletiva da estrutura de microprocesso em equipamentos de bancada de microóptica. A máscara de sombra está incluída na primeira abertura na superfície superior da máscara de sombra e na segunda abertura na superfície inferior da máscara de sombra. A segunda abertura está alinhada com a primeira abertura e com a segunda largura da primeira largura por ser menor que a primeira abertura. A sobreposição entre a primeira abertura e a segunda abertura se forma máscara de buraco na sombra, o revestimento seletivo que a estrutura do microprocesso em microóptica o equipamento de bancada pode ocorrer junto ao orifício.

As modalidades da presente invenção fornecem um sistema óptico incluindo um substrato com uma bancada micro-óptica gravada nele usando uma técnica litográfica e de gravação profunda. O sistema óptico inclui ainda um elemento óptico aberto que é monoliticamente integrado à bancada micro-óptica e formado usando a técnica litográfica e de gravação profunda. O elemento óptico é acoplado opticamente para receber um feixe incidente com um eixo óptico em um plano do substrato e para transmitir pelo menos parcialmente o feixe incidente através da abertura. Em uma modalidade, a abertura tem uma forma retangular, uma forma trapezoidal, uma forma triangular, uma forma arredondada ou uma forma arbitrária determinada pela técnica de gravação litográfica e profunda. Em uma modalidade adicional, o elemento óptico inclui pelo menos duas aberturas que são homogêneas em relação a pelo menos uma altura de cada uma das pelo menos duas aberturas, largura de cada uma das pelo menos duas aberturas e separação entre as pelo menos duas aberturas. Pelo menos um lado do elemento óptico é metalizado, o elemento óptico pode incluir pelo menos duas camadas de material dielétrico de forma que a abertura passe por cada uma das camadas, o elemento óptico pode incluir um espelho de cristal fotônico e/ou o elemento óptico pode ser curvo em duas dimensões ou três dimensões. Em outra modalidade, o elemento óptico tem uma refletividade. A refletividade pode ser determinada, pelo menos em parte, por uma ou mais da largura da abertura, uma quantidade de deslocamento entre o centro da abertura e o eixo óptico do feixe incidente e uma série de aberturas dentro do elemento óptico.

As modalidades da presente invenção fornecem um aparelho de Sistema Micro-Eletro-Mecânico (MEMS) para realizar a autocalibração do posicionamento do espelho. O aparelho MEMS inclui um espelho móvel e um atuador MEMS com uma capacitância variável que é acoplada ao espelho móvel para causar um deslocamento do mesmo. O aparelho MEMS inclui ainda uma memória que mantém uma tabela de mapeamento da capacitância do atuador MEMS para a posição do espelho móvel, um circuito de detecção capacitivo acoplado ao atuador MEMS para detectar uma capacitância atual do atuador MEMS, um processador de sinal digital para acessar a mesa para determinar a posição atual do espelho móvel com base na capacitância atual do atuador MEMS e um módulo de calibração para determinar a posição atual do espelho móvel respectivas capacitâncias reais do atuador MEMS em duas ou mais posições conhecidas do espelho móvel para determine uma quantidade de correção a ser aplicada à posição atual do espelho móvel. O processador de sinal digital produz ainda uma posição atual corrigida do espelho móvel usando a quantidade de correção. Um aparelho MEMS e um sistema de interferômetro MEMS da presente invenção são definidos pelas reivindicações anexas.

Sistemas microeletromecânicos (MEMS) se referem à integração de elementos mecânicos, sensores, atuadores e elétrons em um substrato de silício comum pela tecnologia de microfabricação. Por exemplo, a microeletrônica é normalmente fabricada usando processos de circuito integrado (IC), enquanto os componentes micromecânicos são separados seletivamente de porções de pastilhas de silício ou interconectados para adicionar novas camadas estruturais. Fabricado usando certos processos de microfabricação para formar componentes mecânicos e eletromecânicos. Devido ao seu baixo custo, capacidade de processamento em lote e compatibilidade com a microeletrônica padrão, os dispositivos MEMS fornecem espectroscopia, perfilometria, detecção ambiental, refratometria (ou percepção de textura) e alguns outros. É um candidato atraente para uso em aplicações de sensores. Além disso, o tamanho pequeno dos dispositivos MEMS facilita a incorporação desses dispositivos MEMS em dispositivos móveis e portáteis.

Uma máscara de sombra com dois ou mais níveis de aberturas permite a cobertura seletiva de etapas de estruturas microfabricadas dentro de um dispositivo de bancada microóptica. A máscara de sombra inclui uma primeira abertura na superfície superior da máscara de sombra e uma segunda abertura na superfície inferior da máscara de sombra. A segunda abertura está alinhada com a primeira abertura e tem uma segunda largura menor que a primeira largura da primeira abertura. Uma sobreposição entre a primeira abertura e a segunda abertura forma um orifício dentro da máscara de sombra através do qual pode ocorrer um revestimento seletivo de estruturas microfabricadas dentro do dispositivo de bancada microóptica.

Um tipo de interferômetro MEMS (MEMS) fornece a autocalibração do posicionamento do espéculo do espelho móvel. O espelho móvel é acoplado ao atuador MEMS com capacitância variável. Os interferômetros MEMS são incluídos para determinar no circuito de detecção de capacitância a capacitância do atuador MEMS de duas ou mais posições conhecidas do espelho móvel e para a capacitância do atuador na posição conhecida a ser usada para execute o módulo de calibração de qualquer desvio no circuito de detecção de capacidade elétrica compensadora.

Um dispositivo de bancada microóptica é fabricado por um processo que fornece controle sobre uma ou mais propriedades do dispositivo de bancada micro-óptica e/ou uma ou mais propriedades de superfícies ópticas no dispositivo de bancada microóptica. O processo inclui a gravação de um substrato para formar uma estrutura permanente, incluindo elementos ópticos e uma estrutura temporária. A forma da estrutura temporária e as lacunas entre a estrutura temporária e a estrutura permanente facilitam o controle de uma propriedade da bancada micro-óptica e/ou das superfícies ópticas nela contidas. O processo inclui ainda a remoção da estrutura temporária de um caminho óptico do dispositivo de bancada micro-óptica.

Os aspectos da divulgação estão relacionados a uma unidade espectral integrada, incluindo um interferômetro de sistemas microeletromecânicos (MEMS) fabricado dentro de um primeiro substrato e uma estrutura de redirecionamento de luz integrada em um segundo substrato, onde o segundo substrato é acoplado ao primeiro substrato. A estrutura de redirecionamento de luz inclui pelo menos um espelho para receber um feixe de luz de entrada se propagando em uma direção fora do plano em relação ao primeiro substrato e redirecionando o feixe de luz de entrada para uma direção no plano em relação ao primeiro substrato em direção ao interferômetro MEMS.

A presente invenção se refere geralmente à espectroscopia óptica e interferometria óptica e, mais particularmente, ao uso da tecnologia de sistema microeletromecânico (MEMS) em interferômetros ópticos. Um sistema micro eletromecânico (MEMS) se refere a um dispositivo no qual elementos mecânicos, sensores, atuadores e eletrônicos são integrados em um substrato de silício comum pela tecnologia de microprocessamento. Por exemplo, a microeletrônica é normalmente fabricada usando um processo de circuito integrado (IC), enquanto um processo de microfabricação compatível é usado para gravar seletivamente porções de uma pastilha de silício ou criar novas estruturas. As camadas são adicionadas para formar componentes mecânicos e eletromecânicos para criar componentes micromecânicos. Os dispositivos MEMS podem ser processados em lote a baixo custo e são compatíveis com dispositivos microeletrônicos padrão, como espectroscopia, medição de forma, detecção ambiental, medição de índice de refração (ou reconhecimento de material) e várias outras aplicações de sensores. Além disso, como o dispositivo MEMS é pequeno, ele pode ser facilmente integrado a um dispositivo portátil ou portátil.

Um espectrômetro com resolução aprimorada, com um modulador de domínio espectral com uma resposta periódica no domínio espectral, o modulador de domínio espectral modulando um espectro de fonte de luz de banda larga e outro na forma de onda de interferência. Ou produz várias explosões deslocadas.

Um tipo de interferômetro de sistemas microeletromecânicos ópticos (MEMS) baseado na divisão do feixe espacial inclui o separador de feixe espacial para entradas de espaço do feixe de luz a ser transmitido em dois feixes de interferômetro e o dispositivo de agrupamento de espaço para dois espaços de feixe de interferômetro a serem fechados ao feixe. Um tipo de espelhos móveis MEMS é fornecido, para gerar a diferença de caminho óptico entre o primeiro feixe de interferômetro e o segundo feixe de interferômetro feixe de interferômetro.

Os sistemas de interferômetro do sistema micromecânico (MEMS) utilizam um circuito de detecção capacitiva para determinar a posição do espelho móvel. Um atuador eletrostático MEMS é acoplado ao espelho móvel para causar o deslocamento do espelho móvel. O circuito de detecção de capacitância detecta a capacitância atual do atuador MEMS e determina a posição do espelho móvel com base na capacitância atual do atuador MEMS.

Um espectrômetro com maior rendimento óptico e/ou resolução espectral inclui uma pluralidade de interferômetros acoplados em paralelo. Um divisor óptico divide um feixe de luz de origem em uma pluralidade de feixes de entrada e direciona cada um dos feixes de entrada para um respectivo da pluralidade de interferômetros. Um ou mais detectores são acoplados opticamente para receber uma saída respectiva de cada uma das pluralidades de interferômetros e são configurados para detectar um interferograma produzido como resultado das saídas.

É fornecida uma fonte de radiação óptica produzida a partir de um material semicondutor desordenado, como silício preto. A fonte de radiação óptica inclui um substrato semicondutor, uma estrutura semicondutora desordenada gravada no substrato semicondutor e um elemento de aquecimento disposto proximalmente à estrutura semicondutora desordenada e configurado para aquecer a estrutura semicondutora desordenada a uma temperatura na qual a estrutura semicondutora desordenada emite radiação infravermelha térmica.

Um interferômetro de sistema microeletromecânico (MEMS) permite a autocalibração do posicionamento do espelho de um espelho móvel. O espelho móvel é acoplado a um atuador MEMS com uma capacitância variável. O interferômetro MEMS inclui um circuito de detecção capacitiva para determinar a capacitância do atuador MEMS em duas ou mais posições conhecidas do espelho móvel e um módulo de calibração para usar as capacitâncias do atuador nas posições conhecidas para compensar qualquer desvio no circuito de detecção capacitiva.

Um aparelho de Sistema Micro-Eletro-Mecânico (MEMS) permite a autocalibração do posicionamento do espelho de um espelho móvel de um interferômetro. Pelo menos um espelho no aparelho MEMS inclui uma superfície não plana. O espelho móvel é acoplado a um atuador MEMS com uma capacitância variável. O aparelho MEMS inclui um circuito de detecção capacitivo para determinar a capacitância do atuador MEMS em várias posições de referência do espelho móvel correspondentes a uma explosão central e uma ou mais rajadas secundárias de um interferograma produzido pelo interferômetro com base na superfície não plana. Um módulo de calibração usa as capacitâncias do atuador nas posições de referência para compensar qualquer desvio no circuito de detecção capacitiva.

Um giroscópio a laser de anel (RLG) inclui espelhos móveis e um atuador de Sistemas Micro-Eletro-Mecânicos (MEMS) acoplados aos espelhos móveis para causar um respectivo deslocamento dos mesmos que induz uma modulação de fase em feixes de luz contra-propagados em relação uns aos outros. A modulação de fase induzida cria uma diferença de caminho óptico entre os feixes de luz de contrapropagação correspondente a uma rotação virtual que reduz o bloqueio do RLG.

É fornecido um microrespelho aberto integrado no qual o microrespelho é monoliticamente integrado a uma bancada micro-óptica fabricada em um substrato usando uma técnica litográfica e de gravação profunda. O microrespelho tem uma abertura interna e é orientado de forma que o microrespelho seja opticamente acoplado para receber um feixe incidente com um eixo óptico em um plano do substrato e para transmitir pelo menos parcialmente o feixe incidente através da abertura.

A presente invenção se refere geralmente a sistemas de bancada óptica e, mais particularmente, à fabricação de sistemas de bancada óptica monolítica microfabricados em um substrato.

As modalidades da presente invenção fornecem interferômetro óptico de sistemas microeletromecânicos (MEMS), incluindo um divisor espacial, combinador espacial, espelho móvel e atuador MEMS. O divisor espacial recebe um feixe de entrada e divide espacialmente o feixe de entrada em primeiro e segundo feixes de interferômetro. O combinador espacial recebe o primeiro e o segundo feixes do interferômetro e os combina espacialmente para produzir uma saída. Cada um dos feixes de entrada, o primeiro e o segundo feixe de interferômetro e o feixe de saída se propagam dentro de um meio de propagação que é diferente do meio divisor espacial e do meio combinador espacial. O espelho móvel recebe um dos primeiro e segundo feixes do interferômetro e reflete o feixe recebido em direção ao combinador espacial. O atuador MEMS é acoplado ao espelho móvel para causar um deslocamento do mesmo e produzir uma diferença de caminho óptico entre o primeiro feixe de interferômetro e o segundo feixe de interferômetro. O divisor espacial pode incluir, por exemplo, um divisor truncado, uma guia de onda oca de interferência multimodo (MMI), um divisor com fenda ou um divisor Y. O combinador espacial pode incluir, por exemplo, um elemento de foco, um guia de ondas MMI oco, um combinador com fenda, um combinador de fenda dupla ou um combinador Y.

Um sensor óptico de rotação inclui um laser Fabry Perot com um meio de ganho ativo para gerar o primeiro e o segundo feixes de luz, um caminho óptico fechado através do qual o primeiro e o segundo feixes de luz se contra-propagam e o primeiro e o segundo espelhos acoplados às respectivas extremidades do caminho óptico fechado. O primeiro menor é um espelho em anel com uma refletividade de valor complexo que varia com a taxa de rotação de uma moldura dentro da qual o sensor óptico de rotação é colocado. Um detector é acoplado a uma saída do laser Fabry Perot para medir a intensidade de saída do mesmo.

Um espectrômetro com resolução aprimorada inclui um modulador de domínio espectral com uma resposta periódica no domínio espectral para modular um espectro de fonte de banda larga e causar uma ou mais explosões deslocadas no interferograma.

Um tipo de sistema interferômetro MEMS (sistema microeletromecânico) (MEMS) usa a posição do espelho móvel de determinação do circuito sensor de capacitância. Atuador eletrostático MEMS para espelho móvel para causar seu deslocamento. O circuito sensor de capacitância detecta a capacitância presente do atuador MEMS e a posição da capacitância presente no espelho móvel de determinação baseado no atuador MEMS.

Esta invenção se refere geralmente à espectroscopia e interferometria e, mais particularmente, ao uso de sistemas microeletromecânicos (MEMS) em espectrômetros ópticos. O sistema microeletromecânico (MEMS) se refere à integração de elementos mecânicos, sensores, atuadores e eletrônicos fornecidos em um substrato de silício comum, normalmente por técnicas de microfabricação. Por exemplo, a microeletrônica é normalmente fabricada usando processos de circuito integrado (IC) e os componentes micromecânicos são adicionados mecânica e mecanicamente por meio da gravação seletiva de porções de uma pastilha de silício e da adição de novas camadas estruturais. Fabricado usando um processo de microfabricação que forma componentes eletromecânicos. Os dispositivos MEMS oferecem espectroscopia, perfilometria (medição de forma), detecção ambiental, medição do índice de refração (reconhecimento de material) e outros sensores devido ao seu baixo custo, processabilidade em lote e compatibilidade com a microeletrônica padrão. Um candidato atraente para uso no campo. Além disso, como os dispositivos MEMS são pequenos, eles podem ser facilmente integrados em dispositivos móveis (móveis) e dispositivos portáteis.

Sistemas ópticos com elementos ópticos asféricos são descritos. Os elementos ópticos asféricos têm superfícies nas quais o raio de curvatura no plano varia espacialmente e o perfil da superfície da seção transversal no plano é caracterizado pelo fato de a multiplicação do cosseno do ângulo de incidência elevado a um expoente diferente de zero pelo raio de curvatura no plano varia menos de vinte por cento entre quaisquer dois pontos no perfil da superfície da seção transversal no plano.

O giroscópio laser de anel da presente invenção é definido pela reivindicação 1. Algumas características relacionadas incluem um meio de ganho ativo para gerar o primeiro e o segundo feixes de luz, um caminho óptico fechado através do qual o primeiro e o segundo feixes de luz se contra-propagam, o primeiro e o segundo espelhos móveis dentro do caminho óptico fechado e um atuador de sistemas microeletromecânicos (MEMS) acoplado ao primeiro e segundo espelhos móveis para causar um respectivo deslocamento que induz uma modulação de fase no primeiro e segundo feixes de luz ams em relação um ao outro, criando assim uma diferença de caminho óptico entre a primeira e a segunda luz vigas correspondentes a uma rotação virtual para reduzir o bloqueio.

Um sistema óptico, como uma bancada óptica monolítica integrada, inclui um elemento óptico curvo tridimensional gravado em um substrato de forma que o eixo óptico do sistema óptico fique dentro do substrato e seja paralelo ao plano do substrato.

A presente invenção se refere geralmente a dispositivos de sistemas microeletromecânicos (MEMS) e, mais particularmente, a atuadores MEMS. O sistema microeletromecânico (MEMS) significa um dispositivo no qual elementos mecânicos, sensores, atuadores e eletrônicos (dispositivos eletrônicos) são integrados em um substrato de silício comum pela tecnologia de microfabricação. Por exemplo, a microeletrônica é normalmente fabricada usando um processo de circuito integrado (IC), enquanto os componentes micromecânicos usam um processo de microusinagem semelhante a esse processo para selecionar seletivamente porções de uma pastilha de silício. É produzido pela formação de peças mecânicas e eletromecânicas por corrosão ou adição de novas camadas estruturais. Os dispositivos MEMS são de baixo custo, podem ser produzidos em lote e são compatíveis com a microeletrônica padrão, portanto, podem ser usados para medição espectroscópica, medição de forma, detecção ambiental, medição de índice de refração (ou reconhecimento de material) e outras aplicações de sensores. Um candidato atraente adequado para. Além disso, como o dispositivo MEMS é pequeno, o dispositivo MEMS pode ser integrado a um dispositivo móvel ou portátil.

A presente invenção se refere geralmente a MEMS ópticos e, mais particularmente, a scanners ópticos usando MEMS. Sistema Micro Eletro-Mecânico (MEMS) significa a integração de elementos mecânicos, sensores, atuadores e eletrônicos (equipamentos eletrônicos) em um substrato de silício comum pela tecnologia de microfabricação. Para fazer. Por exemplo, a microeletrônica é normalmente fabricada usando um processo de circuito integrado (IC), enquanto os componentes micromecânicos usam um processo de microusinagem semelhante a esse processo para selecionar seletivamente porções de uma pastilha de silício. É produzido pela formação de peças mecânicas e eletromecânicas por corrosão ou adição de novas camadas estruturais. Os dispositivos MEMS são de baixo custo, podem ser produzidos em lote e são compatíveis com a microeletrônica padrão, portanto, podem ser usados para medição espectroscópica, medição de forma, detecção ambiental, medição de índice de refração (ou reconhecimento de material) e outras aplicações de sensores. Um candidato atraente adequado para. Além disso, como o dispositivo MEMS é pequeno, o dispositivo MEMS pode ser integrado a um dispositivo móvel ou portátil.

Um processo de preparação de alumina que compreende a lixiviação de um material contendo alumínio com HCl e a separação do sólido do lixiviado para obter um lixiviado e um sólido contendo íons de alumínio, íons de magnésio; MgCl2 Precipitando substancialmente seletivamente do lixiviado e removendo o MgCl2 do lixiviado; para obter um precipitado contendo íons de alumínio na forma de líquido e AlCl3, o lixiviado é agiu com HCl e o precipitado Separando o produto do líquido; aquecendo o precipitado sob condições eficazes para converter AlCl 3 em Al 203; e aquecimento de MgCl 2 em condições eficazes de conversão em MgO; e recuperação de HCl gasoso assim produzido a partir do aquecimento por aquecimento.

A arquitetura de um espectrômetro de Micro Sistema Eletro-Mecânico (MEMS) compensa os problemas de verticalidade e dispersão usando interfaces de balanceamento. Um espectrômetro/interferômetro MEMS inclui um divisor de feixe formado na primeira superfície de um primeiro meio em uma interface entre o primeiro meio e um segundo meio, um primeiro espelho formado em uma segunda superfície do primeiro meio, um segundo espelho formado em uma terceira superfície do primeiro meio e interfaces de balanceamento projetadas para minimizar a diferença nos ângulos de inclinação entre as superfícies e a diferença nos erros de fase entre os feixes refletidos do primeiro e do segundo espelhos.

Um sistema interferômetro do Micro Electro-Mechanical System (MEMS) utiliza um circuito de detecção capacitiva para determinar a posição de um espelho móvel. Um atuador eletrostático MEMS é acoplado ao espelho móvel para causar um deslocamento do mesmo. O circuito de detecção capacitiva detecta a capacitância atual do atuador MEMS e determina a posição do espelho móvel com base na capacitância atual do atuador MEMS.

Um interferômetro inclui um espelho de referência de comprimento de caminho óptico variável para produzir um interferograma final a partir de uma combinação de interferogramas. Cada um dos interferogramas é gerado em um comprimento de caminho óptico diferente do espelho de referência.

Um atuador eletrostático de acionamento por pente para um dispositivo MEMS inclui um conjunto de mola de flexão e o primeiro e o segundo conjuntos de acionamento por pente, cada um acoplado ao conjunto de mola de flexão em lados opostos. Cada um dos primeiros e segundos conjuntos de pente inclui dedos de acionamento de pente fixos e dedos de acionamento de pente móveis acoplados ao conjunto da mola de flexão e que se estendem em direção aos dedos de acionamento fixos do pente. Os dedos de acionamento por pente são divididos igualmente entre o primeiro e o segundo conjuntos de acionamento por pente e colocados simetricamente em torno de um eixo de simetria do conjunto da mola de flexão. Quando energizados eletricamente, os dedos móveis do pente do primeiro e do segundo conjuntos de acionamento por pente se movem simultaneamente em direção aos dedos fixos do primeiro e do segundo conjuntos de acionamento por pente.

A arquitetura de um espectrômetro de Micro Sistema Eletro-Mecânico (MEMS) compensa os problemas de verticalidade e dispersão usando interfaces de balanceamento. Um espectrômetro/interferômetro MEMS inclui um divisor de feixe formado na primeira superfície de um primeiro meio em uma interface entre o primeiro meio e um segundo meio, um primeiro espelho formado em uma segunda superfície do primeiro meio, um segundo espelho formado em uma terceira superfície do primeiro meio e interfaces de balanceamento projetadas para minimizar a diferença nos ângulos de inclinação entre as superfícies e a diferença nos erros de fase entre os feixes refletidos do primeiro e do segundo espelhos.

Um interferômetro MACH-Zehnder MEMS é obtido usando dois divisores de feixe de meio plano formados nas respectivas bordas de um primeiro meio. O primeiro divisor de feixe é acoplado opticamente para receber um feixe incidente e opera para dividir o feixe incidente em dois feixes, um primeiro se propagando no primeiro meio em direção ao segundo divisor de feixe e um segundo se propagando em um segundo meio. Um espelho móvel no segundo meio reflete o segundo feixe de volta para o segundo divisor de feixe para causar interferência dos dois feixes.

Um interferômetro microusinado (10) é obtido usando um divisor de feixe de meio plano. O divisor de feixe é acoplado opticamente para receber um feixe incidente (I) e opera para dividir o feixe incidente em dois feixes interferentes (L1 e L2), cada um se propagando em um meio diferente. Um espelho fixo (M2) embutido em um dos meios reflete um dos feixes interferentes (L2) de volta para o divisor de feixe de meio plano através desse meio, enquanto um espelho móvel (M1), que é controlado por um atuador (40), reflete o outro feixe interferente (L1) de volta para o referido divisor de feixe de meio plano através do outro meio. Um plano de detecção (D1 ou D2) detecta um padrão de interferência produzido como resultado da interferência entre os feixes interferentes refletidos (L3 e L4).

Um microscanner óptico atinge ângulos de rotação amplos utilizando um refletor curvo. O microscanner óptico inclui um espelho móvel para receber um feixe incidente e refletir o feixe incidente para produzir um feixe refletido e um atuador de Sistema Microeletromecânico (MEMS) que causa um deslocamento linear do espelho móvel. O refletor curvo produz uma rotação angular do feixe refletido com base no deslocamento linear do espelho móvel.

As modalidades da presente invenção fornecem um dispositivo óptico de sistema microeletromecânico (MEMS) que fornece um multiplicador de retardo de caminho óptico. O dispositivo MEMS inclui um refletor de cubo de canto móvel, um espelho fixo e um atuador MEMS. O refletor móvel do cubo de canto é acoplado opticamente para receber um feixe incidente em uma borda do refletor do cubo de canto e operável para refletir o feixe incidente de outra borda do refletor do cubo de canto. O espelho fixo é acoplado opticamente para receber o feixe incidente refletido pelo refletor móvel do cubo de canto e operável para refletir o feixe incidente de volta para o refletor móvel do cubo de canto como um feixe refletido ao longo de um caminho inverso do feixe incidente. O atuador MEMS é acoplado ao refletor móvel do cubo de canto para causar um deslocamento do refletor do cubo de canto móvel perpendicular a um plano do espelho fixo para estender o comprimento do caminho óptico do feixe refletido.

Um dispositivo óptico de sistema microeletromecânico (MEMS) fornece um multiplicador de retardo de caminho óptico. O dispositivo MEMS inclui um refletor de cubo de canto móvel, um espelho fixo e um atuador MEMS. O refletor móvel do cubo de canto é acoplado opticamente para receber um feixe incidente e refletir o feixe incidente em 180 graus em direção ao espelho fixo. O espelho fixo é acoplado opticamente para refletir um feixe refletido de volta para o refletor móvel do cubo de canto ao longo de um caminho inverso do feixe incidente. O atuador MEMS é acoplado ao refletor móvel do cubo de canto para causar um deslocamento do refletor do cubo de canto móvel para estender o comprimento do caminho óptico do feixe refletido.

Um atuador eletrostático de acionamento por pente para um dispositivo MEMS inclui um conjunto de mola de flexão e o primeiro e o segundo conjuntos de acionamento por pente, cada um acoplado ao conjunto de mola de flexão em lados opostos. Cada um dos primeiros e segundos conjuntos de pente inclui dedos de acionamento de pente fixos e dedos de acionamento de pente móveis acoplados ao conjunto da mola de flexão e que se estendem em direção aos dedos de acionamento fixos do pente. Os dedos de acionamento por pente são divididos igualmente entre o primeiro e o segundo conjuntos de acionamento por pente e colocados simetricamente em torno de um eixo de simetria do conjunto da mola de flexão. Quando energizados eletricamente, os dedos móveis do pente do primeiro e do segundo conjuntos de acionamento por pente se movem simultaneamente em direção aos dedos fixos do primeiro e do segundo conjuntos de acionamento por pente.

Um dispositivo óptico de sistema microeletromecânico (MEMS) fornece um multiplicador de retardo de caminho óptico. O dispositivo MEMS inclui um refletor de cubo de canto móvel, um menor fixo e um atuador MEMS. O refletor móvel do cubo de canto é acoplado opticamente para receber um feixe incidente e refletir o feixe incidente em 180 graus em direção ao espelho fixo. O menor fixo é acoplado opticamente para refletir um feixe refletido de volta para o refletor móvel do cubo de canto ao longo de um caminho inverso do feixe incidente. O atuador MEMS é acoplado ao refletor móvel do cubo de canto para causar um deslocamento do refletor do cubo de canto móvel para estender o comprimento do caminho óptico do feixe refletido.

Um interferômetro microusinado é obtido usando um divisor de feixe de meio plano. O divisor de feixe é acoplado opticamente para receber um feixe incidente e opera para dividir o feixe incidente em dois feixes interferentes, cada um se propagando em um meio diferente. Um espelho fixo embutido em um dos meios reflete um dos feixes interferentes de volta para o divisor de feixe de meio plano através desse meio, enquanto um espelho móvel, que é controlado por um atuador, reflete o outro feixe interferente de volta para o referido divisor de feixe de meio plano através do outro meio. Um plano de detecção detecta um padrão de interferência produzido como resultado da interferência entre os feixes interferentes refletidos.

Um interferômetro microusinado (10) é obtido usando um divisor de feixe de meio plano. O divisor de feixe é acoplado opticamente para receber um feixe incidente (I) e opera para dividir o feixe incidente em dois feixes interferentes (L1 e L2), cada um se propagando em um meio diferente. Um espelho fixo (M2) embutido em um dos meios reflete um dos feixes interferentes (L2) de volta para o divisor de feixe de meio plano através desse meio, enquanto um espelho móvel (M1), que é controlado por um atuador (40), reflete o outro feixe interferente (L1) de volta para o referido divisor de feixe de meio plano através do outro meio. Um plano de detecção (D1 ou D2) detecta um padrão de interferência produzido como resultado da interferência entre os feixes interferentes refletidos (L3 e L4).