Создание зеркал с малым шагом ступенек для инфракрасного статического фурье-спектрометра и анализ ошибок их плоскостности

Zhang Min, Liang Jingqiu, Liang Zhongzhu, Lu Jinguang, Qin Yuxin, Wang Weibiao

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Min Zhang, Jingqiu Liang, Zhongzhu Liang, Jinguang Lv, Yuxin Qin, Weibiao Wang Fabrication and flatness error analysis of low-stepped mirror in static Fourier transform infrared spectrometer (Создание зеркал с малым шагом ступенек для инфракрасного статического фурье-спектрометра и анализ ошибок их плоскостности) [на англ. яз.] // Оптический журнал. 2018. Т. 85. № 9. С. 74–83. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2018-85-09-74-83

Min Zhang, Jingqiu Liang, Zhongzhu Liang, Jinguang Lv, Yuxin Qin, Weibiao Wang Fabrication and flatness error analysis of low-stepped mirror in static Fourier transform infrared spectrometer (Создание зеркал с малым шагом ступенек для инфракрасного статического фурье-спектрометра и анализ ошибок их плоскостности) [in English] // Opticheskii Zhurnal. 2018. V. 85. № 9. P. 74–83. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2018-85-09-74-83

Ссылка на англоязычную версию:

Min Zhang, Jingqiu Liang, Zhongzhu Liang, Jinguang Lv, Yuxin Qin, and Weibiao Wang, "Fabrication and flatness error analysis of a low-stepped mirror in a static Fourier transform infrared spectrometer," Journal of Optical Technology. 85(9), 582-589 (2018). https://doi.org/10.1364/JOT.85.000582

Аннотация:

Предложен инфракрасный статический фурье-спектрометр, использующий ступенчатые зеркала с малым шагом. Поскольку такие зеркала являются базовым компонентом спектрометра, их параметры существенно влияют на работу устройства. Для изготовления ступенчатого зеркала с большой апертурой и субмикронным шагом ступенек предложен способ многократного последовательного нанесения слоев с уменьшением на 50% толщины каждого последующего слоя, что позволяет контролировать точность, целостность и идентичность высот ступенек. Изготовлены зеркала, содержащие 32 ступеньки высотой 625 нм. Результаты тестирования показали наличие деформаций ступенек, вызванных воздействием сжимающих
напряжений. Эти деформации могут привести к изменению разности длины оптического пути и повлиять на восстановление спектра. Моделированием и расчетным путем получены данные о влиянии плоскостности ступенек на результаты восстановления спектра. Напряжения падают с увеличением толщины подложки зеркал. Выполнены эксперименты, в процессе которых с помощью предложенного инфракрасного статического фурье-спектрометра получены спектрограммы ацетонитрила путем соответствующей обработки интерферограмм.

Ключевые слова:

спектроскопия, инфракрасный фурье-спектрометр, анализ спектра, ступенчатое зеркало с малым шагом

Благодарность:

Работа выполнена при поддержке Национального фонда естественных наук Китая (гранты №№ 61627819, 61376122, 61575193, 6173000222 и 6172780148), Плана провинции Цзилинь по развитию науки и технологий (гранты №№ 20150520101JH, 20150204072GX, 20150101049JC и 20170204077GX), а также Молодежной ассоциации по продвижению инноваций Академии наук Китая (грант № 2014193).

Коды OCIS: 300.6190, 300.6300, 230.4000

Список источников:

1. Yan M., Luo P.L., Iwakuni K., Millot G., Hänsch T.W., and Picqué N. Mid-infrared dual-comb spectroscopy with electro-optic modulators // Light Science & Applications. 2016. V. 6. P. e17076.
2. Wallrabe U., Solf C., Mohr J., Korvink J.G. Miniaturized Fourier transform spectrometer for the near infrared wavelength regime incorporating an electromagnetic linear actuator // Sens. Actuators A Phys. 2005. V. 123–124. P. 459–467.
3. Reyes D., Schildkraut E.R., Kim J., Connors R.F., Kotidis P., and Cavicchio D.J. A novel method of creating a surface micromachined 3D optical assembly for MEMS-based miniaturized FTIR spectrometers // Proc. SPIE. 2008. V. 6888. P. 68880D.
4. Möller K.D. Miniaturized wavefront dividing interferometers without moving parts for field and space applications // Proc. SPIE. 1993. V. 1992. P. 130–139.
5. Möller K.D. Wave-front-dividing array interferometers without moving parts for real-time spectroscopy from the IR to the UV // Appl. Opt. 1995. V. 34. № 9. P. 1493–1501.
6. Brachet F., Hébert P.J., Cansot E., Buil C., Lacan A.L., Lacan X., Courau E., Bernard F., Casteras C., Loesel J., Pierangelo C. Static Fourier transform spectroscopy breadboards for atmospheric chemistry and climate // Proc. SPIE. 2008. V. 7100. P. 710019.
7. Lacan A., Bréon F.M., Rosak A., Brachet F., Roucayrol L., Etcheto P., Casteras C., Salaün Y. A static Fourier transform spectrometer for atmospheric sounding: Concept and experimental implementation // Opt. Exp. 2010. V. 18. № 8. P. 8311–8331.
8. Ivanov E.V. Static Fourier transform spectroscopy with enhanced resolving power // J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 2000. V. 2. № 2. P. 519–528.
9. Cansot E., Hébert P., Rosak A., Buil C., Benard F. Static infrared Fourier transform interferometer (SIFTI): Benefits of phase modulation processing // Water Science & Technology Water Supply. 2007. V. 10. № 1. P. 45.
10. Liang J.Q., Liang Z.Z., Lv J.G., Fu J.G., Zheng Y., Feng C., Wang W.B., Zhu W.B. , Yao J.S., and Zhang J. Simulation and experiment of the static FTIR based on micro multi-step mirrors // Proc. SPIE. 2011. V. 8191. P. 819104.

11. Chen C., Liang J.Q., Liang Z.Z., Lü J.G., Qin Y.X., Tian C., Wang W.B. Fabrication and analysis of tall-stepped mirror for use in static Fourier transform infrared spectrometer // Opt. Laser Technol. 2015. V. 75. P. 6–12.
12. Feng C., Liang J.Q., Liang Z.Z. Spectrum constructing with nonuniform samples using least-squares approximation by cosine polynomials // Appl. Opt. 2011. V. 50. № 34. P. 6377–6383.
13. Feng C., Wang B., Liang Z.Z., Liang J.Q. Miniaturization of step mirrors in a static Fourier transform spectrometer: Theory and simulation // JOSA B. 2011. V. 28. № 28. P 128–133.
14. Lv J.G., Liang J.Q., Liang Z.Z., Qin Y.X., Tian C., and Wang W.B. Design and manufacture of micro interference system in spatial modulation Fourier transform spectrometer // Key Engineering Materials. 2013. V. 562–565. P. 973–978.
15. Nix W.D., Clemens B.M. Crystallite coalescence: A mechanism for intrinsic tensile stresses in thin films // J. Materials Research. 1999. V. 14. № 8. P. 3467–3473.
16. Schriever C., Bohley C., Schilling J., Wehrspohn R.B. Strained silicon photonics // Materials. 2012. V. 5. № 5. P. 889–908.
17. Cha S., Lee H., Lee W., Kim H. Platinum bottom electrodes formed by electron-beam evaporation for high-dielectric thin films // Japanese J. Appl. Phys. 2014. V. 34. № 9. P. 5220–5223.
18. Ha P.C.T., Mckenzie D.R., Doyle D., Mcculloch D.G., Wuhrer R. Multilayer structure, stress reduction and annealing of carbon film // MRS Proc. 2003. V. 791. P. Q5.30.
19. Jerman M., Mergel D. Post-heating of SiO2 films for optical coatings // Thin Solid Films. 2008. V. 516. № 23. P. 8749–8751.
20. Gao J.H., Liang Z.Z., Liang J.Q., Wang W.B., Lv J.G., Qin Y.X. Spectrum reconstruction of static step-mirror based Fourier transform spectrometer // Appl. Spectr. 2017. V. 71. № 6. P. 1348.
21. https://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?ID=C75058&Units=SI&Type=IR-SPEC&Index=2#Refs