DE102018213823A1 - Fabry-Pérot-Interferometer und Verfahren zum Herstellen eines Fabry-Pérot-Interferometers - Google Patents

Fabry-Pérot-Interferometer und Verfahren zum Herstellen eines Fabry-Pérot-Interferometers Download PDF

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DE102018213823A1
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Martin Husnik
Christian Huber
Reinhold Roedel
Benedikt STEIN
Christoph Schelling
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Robert Bosch GmbH
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/12Generating the spectrum; Monochromators
    • G01J3/26Generating the spectrum; Monochromators using multiple reflection, e.g. Fabry-Perot interferometer, variable interference filters
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/001Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements based on interference in an adjustable optical cavity

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fabry-Perot-Interferometer (11 bis 16), mit einer Trägervorrichtung (2), welche einen Substratabschnitt (21) und eine Rahmeneinrichtung (22) aufweist, wobei ein Spiegelträger (3) mittels einer Vielzahl von Federelementen (41 bis 45) an der Rahmeneinrichtung (22) befestigt ist, wobei eine erste Spiegeleinrichtung (51) an dem Substratabschnitt (21) angeordnet ist, und wobei eine zweite Spiegeleinrichtung (52) der ersten Spiegeleinrichtung (51) zugewandt und von dieser beabstandet an dem Spiegelträger (3) angeordnet ist; und einer Aktuatoreinrichtung (6), welche dazu ausgebildet ist, durch Einwirkung auf die Federelemente (41 bis 45) einen Abstand zwischen der ersten Spiegeleinrichtung (51) und der zweiten Spiegeleinrichtung (52) zu verändern.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fabry-Perot-Interferometer sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Fabry-Perot-Interferometers.
  • Stand der Technik
  • Ein Fabry-Perot-Interferometer umfasst zwei voneinander beabstandete planparallele und hochreflektierende Spiegel, welche eine Kavität einschließen und einen optischen Resonator bilden. Das Fabry-Perot-Interferometer weist nur dann eine gute Transmission auf, falls ein Abstand zwischen den Spiegeln, d.h. die Kavitätslänge, einem ganzzahligen Vielfachen der halben Wellenlänge des einfallenden Lichts entspricht. Fabry-Perot-Interferometer finden dadurch Anwendung als Interferenzfilter in der Spektroskopie oder auch als Laser-Resonatoren.
  • Mittels Aktoren lässt sich die Kavitätslänge verändern, sodass ein spektral durchstimmbares Filterelement bereitgestellt wird. Aus der US 9329360 B2 und der US 9250418 B2 sind Fabry-Perot-Interferometer bekannt, welche einen Spiegelträger aufweisen, welcher mittels einer Membran an einer Rahmeneinrichtung befestigt ist, wobei die Membran durch einen Aktuator auslenkbar ist.
  • Weiter ist aus der JP 2015/165266 A ein Fabry-Perot-Interferometer mit zwei Spiegeln bekannt, welche auf zwei massiven, biegesteifen Substraten aufgebracht sind, welche aneinander gebondet werden.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die Erfindung stellt ein Fabry-Perot-Interferometer mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zum Herstellen eines Fabry-Perot-Interferometers mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 bereit.
  • Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
  • Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung demnach ein Fabry-Perot-Interferometer mit einer Trägervorrichtung, welche einen Substratabschnitt und eine Rahmeneinrichtung aufweist. Ein Spiegelträger ist mittels einer Vielzahl von Federelementen an der Rahmeneinrichtung befestigt und eine erste Spiegeleinrichtung ist an dem Substratabschnitt angeordnet und eine zweite Spiegeleinrichtung ist der ersten Spiegeleinrichtung zugewandt und von dieser beabstandet an dem Spiegelträger angeordnet. Das Fabry-Perot-Interferometer weist weiter eine Aktuatoreinrichtung auf, welche dazu ausgebildet ist, durch Einwirkung auf die Federelemente einen Abstand zwischen der ersten Spiegeleinrichtung und der zweiten Spiegeleinrichtung zu verändern.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung demnach ein Verfahren zum Herstellen eines Fabry-Perot-Interferometers. In einem ersten Schritt werden ein Substrat und eine Rahmeneinrichtung bereitgestellt, wobei ein Spiegelträger mittels einer Vielzahl von Federelementen an der Rahmeneinrichtung befestigt wird. Eine erste Spiegeleinrichtung wird an dem Substrat ausgebildet und eine der ersten Spiegeleinrichtung zugewandte und von dieser beabstandete zweite Spiegeleinrichtung wird an dem Spiegelträger ausgebildet. Eine Aktuatoreinrichtung wird ausgebildet, welche eingerichtet wird, durch Einwirkung auf die Federelemente einen Abstand zwischen der ersten Spiegeleinrichtung und der zweiten Spiegeleinrichtung zu verändern. Das Substrat wird mit der Rahmeneinrichtung verbunden.
  • Vorteile der Erfindung
  • Die Erfindung ermöglicht eine sehr speziell anpasste Gestaltung der Federaufhängung durch die Verwendung einer Vielzahl von Federelementen, das heißt mindestens zwei Federelementen. Durch Verwendung dedizierter, d.h. speziell ausgebildeter Federelemente kann der Spiegelträger derart befestigt werden, dass ein möglichst paralleles Verfahren der Spiegelträger unter Verwendung der Aktuatoreinrichtung möglich ist. Eine genauere Parallelität der Spiegeleinrichtungen relativ zueinander erhöht die Auflösung des Fabry-Perot-Interferometers. Weiter können durch die Verwendung einzelner Federelemente mechanische Spannungen konzentriert werden, was aufgrund der erhöhten auftretenden Stresswerte vorteilhaft für auf Stress basierende Detektionsmethoden ist, beispielsweise eine piezoresistive Detektion. Durch die präzisere Einstellung der Spiegeleinrichtungen relativ zueinander kann der spektrale Arbeitsbereich des Fabry-Perot-Interferometers genauer angepasst werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Fabry-Perot-Interferometers sind die Federelemente als Balkenfedern ausgebildet. Zusätzlich oder alternativ können die Federelemente auch als Torsionsfedern ausgebildet sein. Durch die Verwendung bestimmter Federstrukturen kann das Modenspektrum der Trägervorrichtung gezielt beeinflusst werden. Torsionsfedern können etwa dazu eingesetzt werden, Kippmoden, bei welchen der Spiegelträger verkippt wird, d.h. die Spiegeleinrichtungen nicht mehr parallel zueinander stehen, zu unterdrücken. Insbesondere können derartige Kippmoden zu höheren Frequenzen verschoben werden, während die Nutzmoden, welche dem Auslenken des Spiegelträgers dienen, im Wesentlichen unverändert bleiben.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Fabry-Perot-Interferometers weisen die Federelemente eine mäandernde Form auf. Durch spezielle Wahl der Form der Federelemente können gezielt die Auslenkeigenschaften des Spiegelträgers beeinflusst werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Fabry-Perot-Interferometers können die Federelemente durch mikrostrukturtechnische Bearbeitungsschritte strukturiert sein, um gezielt die charakteristischen Eigenschaften, etwa die Eigenfrequenzen der Federelemente zu beeinflussen. Die Verwendung der einzelnen Federelemente ermöglicht somit mehr Freiheitsgrade bei der Einstellung des Fabry-Perot-Interferometers. Insbesondere können die Eigenfrequenzen des mittels der Federelemente aufgehängten Spiegelträgers so ausgelegt werden, dass dies für die vorgesehenen Betriebsmodi bzw. Applikationen besonders vorteilhaft ist. Weiter kann durch eine spezielle Wahl und Gestaltung der Federelemente ein herstellungsbedingter initialer mechanischer Stresszustand durch Deformation abgebaut werden, beispielweise durch eine Rotation der Spiegeleinrichtung, was das Fabry-Perot-Interferometer robust gegenüber initialen Stressvariationen macht. Hierzu können gemäß einer Ausführungsform beispielsweise die Ausrichtungen der Federelemente von einer radialen Richtung abweichen.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Fabry-Perot-Interferometers weist die Aktuatoreinrichtung Aktuatorabschnitte auf, welche den Spiegelträger mit der Rahmeneinrichtung verbinden. Die Aktuatorabschnitte können in die Federelemente integriert sein oder an den Federelementen angeordnet sein. Die Aktuatorabschnitte können jedoch auch zumindest teilweise von den Federelementen getrennt sein. Beispielsweise können abwechselnd Aktuatorabschnitte und Federelemente den Spiegelträger mit der Rahmeneinrichtung verbinden. Gemäß einigen Ausführungsformen können die Aktuatorabschnitte auch selbst als Federelemente fungieren.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist das Fabry-Perot-Interferometer eine Detektionseinrichtung auf, welche dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von einem Abstand zwischen der ersten Spiegeleinrichtung und der zweiten Spiegeleinrichtung ein Messsignal zu erzeugen. Beispielsweise kann eine Spannung oder ein Strom gemessen werden, wobei jedem Spannungswert oder Stromwert durch anfängliche Kalibrierung ein entsprechender Abstandswert zugeordnet werden kann. Dieser Zusammenhang kann in einem Speicher des Fabry-Perot-Interferometers abgelegt werden, etwa in Form einer Look-up-Tabelle oder durch Angabe eines funktionalen Zusammenhangs.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Fabry-Perot-Interferometers weist die Detektionseinrichtung mindestens ein Messelement auf, welches auf den Federelementen angeordnet oder zumindest teilweise in die Federelemente integriert ist. Die Detektionseinrichtung ist dazu ausgebildet, das Messsignal in Abhängigkeit von einer Verformung des mindestens einen Messelements zu erzeugen. Je stärker die Verformung des Messelements, desto größer oder kleiner ist in Abhängigkeit der Auslenkrichtung der Abstand, sodass anhand des Messsignals der Abstand bestimmt werden kann.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Fabry-Perot-Interferometers umfasst die Aktuatoreinrichtung piezoelektrische Elemente und/oder thermische Elemente und/oder elektrostatische Biegeaktoren und/oder elektrodynamische Aktoren.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Fabry-Perot-Interferometers weist der Substratabschnitt mindestens eine Ausnehmung zur ersten Spiegeleinrichtung hin auf und/oder der Spiegelträger weist mindestens eine Ausnehmung zur zweiten Spiegeleinrichtung hin auf. Das Licht durchläuft die Ausnehmung und dadurch nicht oder in geringerem Maße das Substrat bzw. den Spiegelträger, sodass die Absorption durch den Spiegelträger bzw. durch das Substrat verringert wird, was eine Verbesserung des Signal-Rausch-Abstands mit sich bringt. Insbesondere wird die Sensitivität des Fabry-Perot-Interferometers erhöht und der spektrale Arbeitsbereich erweitert. Die Ausnehmungen oder Öffnungen sind vorzugsweise durchgehend, erstrecken sich also durch den gesamten Substratabschnitt bzw. durch den gesamten Spiegelträger bis zur ersten bzw. zweiten Spiegeleinrichtung hin.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist das Fabry-Perot-Interferometer eine Verkappung auf, welche den Spiegelträger abschirmt. Die Verkappung ermöglicht das Einstellen eines definierten Drucks, beispielweise zur Einstellung der Dämpfung des Fabry-Perot-Interferometers. Über die Dämpfung des Fabry-Perot-Interferometers lässt sich bspw. die Robustheit gegenüber äußeren Umwelteinflüssen erhöhen. Weiter schützt die Verkappung den Spiegelträger auch direkt gegen derartige Umwelteinflüsse. Gemäß einigen Ausführungsformen ist auch der Betrieb des Fabry-Perot-Interferometers bei Unterdruck möglich. Weiter kann auch eine rückseitige Verkappung vorliegen.
  • Figurenliste
  • Es zeigen:
    • 1 eine schematische Querschnittsansicht eines Fabry-Perot-Interferometers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
    • 2 eine schematische Draufsicht auf ein Fabry-Perot-Interferometer gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
    • 3 eine schematische Draufsicht auf ein Fabry-Perot-Interferometer gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
    • 4 eine schematische Querschnittsansicht eines Details eines Fabry-Perot-Interferometers gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
    • 5 eine schematische Querschnittsansicht eines Details eines Fabry-Perot-Interferometers gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
    • 6 verschiedene Verbindungsmöglichkeiten zwischen der Rahmeneinrichtung und dem Spiegelträger;
    • 7 eine schematische Querschnittsansicht eines Fabry-Perot-Interferometers gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
    • 8 eine schematische Querschnittsansicht eines Fabry-Perot-Interferometers gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
    • 9 eine schematische Querschnittsansicht eines Fabry-Perot-Interferometers gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; und
    • 10 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines Fabry-Perot-Interferometers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Nummerierung von Verfahrensschritten dient der Übersichtlichkeit und soll im Allgemeinen keine bestimmte zeitliche Reihenfolge implizieren. Insbesondere können auch mehrere Verfahrensschritte gleichzeitig durchgeführt werden.
  • Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • 1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Fabry-Perot-Interferometers 11, welches eine Trägervorrichtung 2 aufweist. Die Trägervorrichtung 2 umfasst ein im Wesentlichen planares Substrat 21, welches beispielweise aus Silizium bestehen kann. Über eine Verbindung 23 ist eine Rahmeneinrichtung 22 mit dem Substrat 21 fest verbunden, etwa durch ein Bondverfahren. Das Fabry-Perot-Interferometer 11 weist weiter einen Stößel (englisch „piston“) oder Spiegelträger 3 auf, welcher mittels einer Vielzahl von Federelementen 41 an der Rahmeneinrichtung 22 befestigt ist.
  • Die Federelemente 41 umlaufen den Spiegelträger 3 abschnittsweise und sind vorzugsweise symmetrisch relativ zum Spiegelträger angeordnet. Die Anzahl der Federelemente 41 kann je nach Anwendung gewählt werden. Beispielsweise können vier Federelemente 41 symmetrisch angeordnet werden. Es ist jedoch auch möglich, nur zwei oder drei Federelemente 41 auszubilden oder mehr als vier Federelemente 41 vorzusehen.
  • Die Federelemente 41 können eine mäandernde Form aufweisen und können an einem oberen Abschnitt der Rahmeneinrichtung 22 und des Spiegelträgers 3, d.h. einer von dem Substrat 21 abgewandten Seite angeordnet sein.
  • An einem Substratabschnitt des Substrats 21, welcher unterhalb des Spiegelträgers 3 verläuft, ist eine erste Spiegeleinrichtung 51 in Form eines im Wesentlichen planaren Spiegels angeordnet. An einer der ersten Spiegeleinrichtung 51 zugewandten Seite des Spiegelträgers 3 ist eine zweite Spiegeleinrichtung 52 in Form eines im Wesentlichen planaren Spiegels angeordnet. Die Trägervorrichtung 2 dient somit als Träger für den Spiegelträger 3, welche wiederum als Träger für die zweite Spiegeleinrichtung 52 dient. Die erste Spiegeleinrichtung 51 und die zweite Spiegeleinrichtung 52 verlaufen möglichst parallel zueinander. Die erste Spiegeleinrichtung 51 und die zweite Spiegeleinrichtung 52 können identisch ausgestaltet sein.
  • Die erste Spiegeleinrichtung 51 und die zweite Spiegeleinrichtung 52 weisen einen initialen Abstand auf, der beispielsweise durch die Verbindung 23 und/oder durch die Höhe des Spiegelträgers 3 bestimmt wird.
  • Weiter ist eine Aktoreinrichtung oder Aktuatoreinrichtung 6 vorgesehen, welche eine Vielzahl von Aktorabschnitten oder Aktuatorabschnitten 61 umfasst, welche auf bzw. in entsprechenden Federelementen 41 angeordnet sind. Die Aktuatorabschnitte 61 können durch elektrische Signale einer (nicht gezeigten) Steuereinrichtung der Aktuatoreinrichtung 6 angesteuert werden und wirken derart auf die Federelemente 41 ein, dass diese in einer Richtung senkrecht zum Substrat 21 ausgelenkt werden. Dadurch wird der Spiegelträger 3 ebenfalls ausgelenkt und der Abstand zwischen der ersten Spiegeleinrichtung 51 und der zweiten Spiegeleinrichtung 52 verändert sich. Durch die Veränderung des Abstandes zwischen den Spiegeleinrichtungen 51, 52 kann die Durchlasswellenlänge des Fabry-Perot-Interferometers verändert werden.
  • Die Aktuatorabschnitte 61 können beispielsweise piezoelektrische Elemente umfassen. Hierzu wird eine piezoelektrische Schicht, etwa Blei-Zirkonat-Titanat, PZT, oder Aluminiumnitrid, AlN, auf dem Federelement 41 abgeschieden.
  • Weiter können als Aktuatorabschnitte 61 thermische Elemente vorgesehen sein, etwa in Form von thermischen Bimorph-Aktuatoren, welche auf unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten zweier Schichten beruhen.
  • Bei den Aktuatorabschnitten 61 kann es sich auch zusätzlich oder alternativ um elektrostatische Biegeaktoren und/oder elektrodynamische Aktoren handeln.
  • In 2 ist eine schematische Draufsicht auf ein weiteres Fabry-Perot-Interferometer 12 illustriert. Im Unterschied zur in 1 illustrierten Ausführungsform weist das Fabry-Perot-Interferometer 12 balkenförmige oder kreisscheibensegmentförmige Federelemente 42 mit integrierten Aktuatorabschnitten 62 auf.
  • 3 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein weiteres Fabry-Perot-Interferometer 13, welches sich von der in 2 illustrierten Ausführungsform darin unterscheidet, dass die Federelemente 42 von Aktuatorabschnitten 63 separiert sind. Beispielhaft kann das Fabry-Perot-Interferometer vier Federelemente 42 aufweisen, welche mit vier Aktuatorabschnitten 63 alternieren. Das Fabry-Perot-Interferometer kann jedoch beliebige Anzahlen von Aktuatorabschnitten 63 und Federelementen 42 aufweisen. Insbesondere kann sich die Anzahl der Aktuatorabschnitte 63 von der Anzahl der Federelemente 42 unterscheiden.
  • In den 4 und 5 werden unterschiedliche mögliche Ausgestaltungen der Aktuatorabschnitte der Aktuatoreinrichtung 6 illustriert.
  • 4 zeigt einen Aktuatorabschnitt 64, welcher stromleitende Abschnitte 641, 642, 643 aufweist, wobei ein erster Abschnitt 641 über einen zweiten Abschnitt 642 mit einem durch einen isolierenden Bereich von dem ersten Abschnitt 641 getrennten dritten Abschnitt 643 verbunden ist. Aufgrund unterschiedlicher Leiterquerschnitte der Abschnitte 641, 642, 643 erwärmt sich der erste Abschnitt 641 stärker als der zweite Abschnitt 642, welcher sich wiederum stärker als der dritte Abschnitt 643 erwärmt. Durch ein derartiges Mehrschichtsystem kann eine vertikale Auslenkung senkrecht zur Oberfläche des Substrats 21 erreicht werden, da sich die Abschnitte 641, 642, 643 durch die unterschiedlich starke Erwärmung und die unterschiedlichen Leiterquerschnitte unterschiedlich ausdehnen. Die Aktuatorabschnitte 64 können in die Federelemente 42 integriert sein oder auch von diesen getrennt als unabhängige Elemente ausgebildet sein.
  • 5 zeigt einen Aktuatorabschnitt 65, welcher als elektrostatischer Biegeaktor ausgestaltet ist und eine obere Elektrode 651 aufweist, welche durch Isolatorabschnitte 653 von einer unteren Elektrode 652 getrennt ist. Die obere Elektrode 651 weist bspw. einen gezackten Verlauf auf und durch Anlegen einer Spannung an die Elektroden 651, 652 ziehen diese sich gegenseitig an, was zu einem Verbiegen des Aktuatorabschnitts 65 führt. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform verläuft zwischen den Elektroden 651, 652 zumindest abschnittsweise eine Isolatorschicht. Der Aktuatorabschnitt 65 kann wiederum in Federelemente 42 integriert sein oder von diesen unabhängig ausgestaltet sein. Diese Ausführungsform zeichnet sich durch einen erhöhten Verfahrweg aus.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Aktuatoreinrichtung 6 einen Magneten, etwa einen Ringmagneten aufweisen, welcher an dem Spiegelträger 3 befestigt ist, sowie eine Aktuationsspule, welche in oder auf dem Substrat 21 und/oder in oder auf der Rahmeneinrichtung 22 angeordnet ist, wobei bei einem Stromfluss durch die Aktuationsspule der Magnet angezogen wird und dadurch der Spiegelträger 3 ausgelenkt wird. Umgekehrt kann auch der Magnet, etwa ein Ringmagnet, in oder auf dem Substrat 21 und/oder in oder auf der Rahmeneinrichtung 22 angeordnet sein, während die Aktuationsspule an dem Spiegelträger 3 befestigt ist.
  • In 6 sind verschiedene beispielhafte geometrische Ausgestaltungen von Federelementen illustriert. Links oben ist ein balkenförmiges Federelement 42 gezeigt, während rechts oben ein Federelement 43 illustriert ist, welches zwei zueinander senkrechte und miteinander verbundene Abschnitte 431 und 432 aufweist, wobei einer der Abschnitte 432 in einer Ausnehmung des Spiegelträgers 3 befestigt ist. Eine Ausführung, bei der die beiden miteinander verbundenen Abschnitte 431 und 432 in einer Ausnehmung der Rahmeneinrichtung angebracht sind, ist auch denkbar. Links unten in 6 ist ein Federelement 44 mit einer mäandernden Form gezeigt, während rechts unten ein Federelement 45 mit drei Abschnitten zu sehen ist, wobei jeweils ein Abschnitt 452, 453 in einer Ausnehmung der Rahmeneinrichtung 22 bzw. einer Ausnehmung des Spiegelträgers 3 befestigt ist, während ein dazu senkrecht verlaufender dritter Abschnitt 451 diese beiden Abschnitte 452, 453 miteinander verbindet. Durch die Verwendung senkrecht zueinander verlaufender Abschnitte können die Federelemente als Torsionsfedern ausgestaltet werden. Auch eine Kombination verschiedener geometrischer Formen und Abschnitte ist möglich.
  • 7 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines weiteren Fabry-Perot-Interferometers 14, welches zusätzlich eine Detektionseinrichtung 7 aufweist, welche ein beispielsweise ringförmiges erstes Messelement 72 und ein beispielsweise ringförmiges zweites Messelements 71 aufweist, welche die erste Spiegeleinrichtung 51 bzw. die zweite Spiegeleinrichtung 52 beispielsweise im Wesentlichen ringförmig umgeben und auf dem Substratabschnitt 21 bzw. an dem Spiegelträger 3 angeordnet sind. Durch Bestimmen einer Kapazitätsänderung zwischen dem als erste Elektrode ausgestalteten ersten Messelement 71 und dem als zweite Elektrode ausgestalteten zweiten Messelement 72 kann die Detektionseinrichtung 7 ein entsprechendes Messsignal ausgeben und insbesondere den Abstand zwischen der ersten Spiegeleinrichtung 51 und der zweiten Spiegeleinrichtung 52 ermitteln. Das erste Messelement 71 und das zweite Messelement 72 müssen nicht zwingend in derselben Ebene wie die erste Spiegeleinrichtung 51 bzw. die zweite Spiegeleinrichtung 52 liegen. Insbesondere können das erste Messelement 71 auch in das Substrat 21 und das zweite Messelement 72 in den Spiegelträger 3 integriert sein. Die gezeigte Anordnung ist jedoch vorteilhaft, da sie den direkten Rückschluss auf den Abstand bzw. optischen Spalt erlaubt und somit einfacher kalibrierbar ist.
  • 8 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines weiteren Fabry-Perot-Interferometers 15. Anstelle der direkten Abstandsmessung wie in 7 erfolgt hier eine indirekte Abstandsmessung mittels piezoresistiver Messelemente 73 der Detektionseinrichtung 7, welche an allen oder mehreren Federelementen 41 angeordnet sind. Die Messelemente 73 können beispielsweise in einem Schichtsystem zusammen mit den Aktuatorabschnitten 61 auf den Federelementen 41 ausgebildet werden.
  • In 9 ist eine schematische Querschnittsansicht eines weiteren Fabry-Perot-Interferometers 16 illustriert. Zusätzlich ist hierbei eine Verkappung 8 vorgesehen, welche einen Verbindungsabschnitt 82 und einen Verkappungsabschnitt 81 aufweist, wobei der Verbindungabschnitt 82 mit der Rahmeneinrichtung 22 verbunden ist, wobei die Verkappung 8 den Spiegelträger 3 abschirmt.
  • 10 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines Fabry-Perot-Interferometers.
  • In einem ersten Verfahrensschritt S1 werden separat ein Substrat 21 sowie eine Rahmeneinrichtung 22 ausgebildet. Mittels einer Vielzahl von Federelementen ist hierbei ein Spiegelträger 3 an der Rahmeneinrichtung 22 befestigt. Diese Strukturen können vorzugsweise durch Ätzverfahren und/oder lithographische Verfahren bereitgestellt werden.
  • In einem Verfahrensschritt S2 werden Spiegeleinrichtungen ausgebildet, wobei eine erste Spiegeleinrichtung 51 an dem Substrat 21 und eine zweite Spiegeleinrichtung 52 an dem Spiegelträger 3 ausgebildet werden.
  • In einem Verfahrensschritt S3 wird eine Aktuatoreinrichtung 6 ausgebildet, welche an der Trägervorrichtung 2 und/oder an dem Spiegelträger 3 und/oder an den Federelementen angeordnet ist und ausgebildet wird, durch Einwirkung auf die Federelemente einen Abstand zwischen der ersten Spiegeleinrichtung 51 und der zweiten Spiegeleinrichtung 52 zu verändern.
  • In einem Verfahrensschritt S4 werden schließlich Substrat 21 und Rahmeneinrichtung 22 miteinander verbunden. Hierzu wird eine Verbindungsschicht 23 ausgebildet und die Strukturen werden in einem Bondverfahren verbunden.
  • Die Reihenfolge der Verfahrensschritte ist hierbei nicht fest vorgegeben und kann ggf. angepasst werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 9329360 B2 [0003]
    • US 9250418 B2 [0003]
    • JP 2015165266 A [0004]

Claims (10)

  1. Fabry-Perot-Interferometer (11 bis 16), mit: einer Trägervorrichtung (2), welche einen Substratabschnitt (21) und eine Rahmeneinrichtung (22) aufweist, wobei ein Spiegelträger (3) mittels einer Vielzahl von Federelementen (41 bis 45) an der Rahmeneinrichtung (22) befestigt ist, wobei eine erste Spiegeleinrichtung (51) an dem Substratabschnitt (21) angeordnet ist, und wobei eine zweite Spiegeleinrichtung (52) der ersten Spiegeleinrichtung (51) zugewandt und von dieser beabstandet an dem Spiegelträger (3) angeordnet ist, und einer Aktuatoreinrichtung (6), welche dazu ausgebildet ist, durch Einwirkung auf die Federelemente (41 bis 45) einen Abstand zwischen der ersten Spiegeleinrichtung (51) und der zweiten Spiegeleinrichtung (52) zu verändern.
  2. Fabry-Perot-Interferometer (11 bis 16) gemäß Anspruch 1, wobei die Federelemente (41 bis 45) als Torsionsfedern und/oder Balkenfedern ausgebildet sind.
  3. Fabry-Perot-Interferometer (11 bis 16) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Federelemente (41 bis 45) eine mäandernde Form aufweisen.
  4. Fabry-Perot-Interferometer (11 bis 16) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Aktuatoreinrichtung (6) Aktuatorabschnitte (61) aufweist, welche den Spiegelträger (3) mit der Rahmeneinrichtung (22) verbinden.
  5. Fabry-Perot-Interferometer (11 bis 16) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, weiter mit einer Detektionseinrichtung (7), welche dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von einem Abstand zwischen der ersten Spiegeleinrichtung (51) und der zweiten Spiegeleinrichtung (52) ein Messsignal zu erzeugen.
  6. Fabry-Perot-Interferometer (11 bis 16) gemäß Anspruch 5, wobei die Detektionseinrichtung (7) mindestens ein Messelement (71, 72; 73) aufweist, welches auf den Federelementen (41 bis 45) angeordnet oder zumindest teilweise in die Federelemente (41 bis 45) integriert ist und wobei die Detektionseinrichtung (7) dazu ausgebildet ist, das Messsignal in Abhängigkeit von einer Verformung des mindestens einen Messelements (71, 72; 73) zu erzeugen.
  7. Fabry-Perot-Interferometer (11 bis 16) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Aktuatoreinrichtung (6) mindestens eines umfasst von piezoelektrischen Elementen, thermischen Elementen, elektrostatischen Biegeaktoren und elektrodynamischen Aktoren.
  8. Fabry-Perot-Interferometer (11 bis 16) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Substratabschnitt (21) mindestens eine Ausnehmung zur ersten Spiegeleinrichtung (51) hin aufweist und/oder wobei der Spiegelträger (3) mindestens eine Ausnehmung zur zweiten Spiegeleinrichtung (52) hin aufweist.
  9. Fabry-Perot-Interferometer (11 bis 16) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, weiter mit einer Verkappung (8), welche den Spiegelträger (3) abschirmt.
  10. Verfahren zum Herstellen eines Fabry-Perot-Interferometers (11 bis 16), mit den Schritten: Bereitstellen (S1) eines Substrats (21) und einer Rahmeneinrichtung (22), wobei ein Spiegelträger (3) mittels einer Vielzahl von Federelementen (41 bis 45) an der Rahmeneinrichtung (22) befestigt wird; Ausbilden (S2) einer ersten Spiegeleinrichtung (51) an dem Substrat (21) und Ausbilden einer der ersten Spiegeleinrichtung (51) zugewandten und von dieser beabstandeten zweiten Spiegeleinrichtung (52) an dem Spiegelträger (3); Ausbilden (S3) einer Aktuatoreinrichtung (6), welche eingerichtet wird, durch Einwirkung auf die Federelemente (41 bis 45) einen Abstand zwischen der ersten Spiegeleinrichtung (51) und der zweiten Spiegeleinrichtung (52) zu verändern; und Verbinden (S4) des Substrats (21) mit der Rahmeneinrichtung (22).
DE102018213823.0A 2018-08-16 2018-08-16 Fabry-Pérot-Interferometer und Verfahren zum Herstellen eines Fabry-Pérot-Interferometers Withdrawn DE102018213823A1 (de)

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