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分享空間光調制器的MEMS技術應用
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空間光調制器使用具有一個單點探測器、基于光學微機電系統(tǒng) (MEMS) 陣列技術的全新方法可以克服傳統(tǒng)光譜分析方法中的很多限制。在基于單點探測器的系統(tǒng)中，一個固態(tài)光學MEMS陣列用簡單、空間波長濾波器取代了傳統(tǒng)的電動光柵。 這個空間光調制器方法可以在消除精細控制電動系統(tǒng)中問題的同時，利用單點探測器的性能優(yōu)勢。近些年，此類系統(tǒng)已經(jīng)投入生產(chǎn)，其中，掃描光柵被取代，并且MEMS器件過濾每一個特定波長進入單點探測器。 這個方法在實現(xiàn)更加小巧和穩(wěn)健耐用光譜分析儀的同時，也表現(xiàn)出很高的性能。 相對于線性陣列探測器架構，光學MEMS陣列的使用具有數(shù)個優(yōu)勢。首先，可以使用更大的單元素探測器，以提高采光量，并極大降低系統(tǒng)成本和復雜度，這對于紅外系統(tǒng)更是如此。 此外，空間光調制器由于不使用陣列探測器，像素到像素噪聲被消除了，而這可以極大地提升信噪比(SNR)性能。SNR性能的提高可以在更短時間內獲得更加準確的測量結果。 在一個使用MEMS技術的光譜分析系統(tǒng)中，衍射光柵和聚焦元件的功能與之前一樣，但來自聚焦元件的光在MEMS陣列上成像。 要選擇一個用于分析的波長，一個特定的光譜響應波段被激活，這樣的話，就可以將光引入到單點探測器中進行采集和測量。 如果MEMS器件高度可靠，能夠生成可預計的濾波器響應，并且在不同的時間和溫度下保持恒定，那么這些優(yōu)勢就可以實現(xiàn)。 將一個DLP® 芯片或數(shù)字微鏡器件(DMD)用作一個空間光調制器，并且在一個光譜分析儀系統(tǒng)架構中將其用作MEMS器件的話，可以克服數(shù)個難題。 首先，使用一組鋁制微鏡來接通和關閉進入單點探測器的光，這在廣泛的波長范圍內是光學有效的。 其次，數(shù)字微鏡的打開和關閉狀態(tài)由機械止動裝置和互補金屬氧化物半導體(CMOS)靜止隨機訪問存儲器(SRAM)單元的鎖存電路控制，從而提供固定的電壓鏡控制。 空間光調制器這個固定電壓、靜止控制意味著這個系統(tǒng)不需要機械掃描或模擬控制環(huán)路，并且能夠簡化校準。它還使得光譜分析儀設計更能免受溫度、老化或振動等錯誤源的影響。 DMD的可編程屬性具有很多優(yōu)勢。其中某項優(yōu)勢會在進行光譜分析儀架構設計時顯現(xiàn)——如果以被用作濾波器的微鏡的尋址列為基礎。 由于DMD分辨率通常高于所需的光譜，DMD區(qū)域會出現(xiàn)欠填充的情況，并且會對光譜過采樣。這使得波長選擇完全可編程，并且在光引擎出現(xiàn)極端機械位移的情況下，將額外微鏡用作重新校準列。 此外， DMD是一個二維可編程陣列，這為用戶提供高度的靈活性。通過選擇不同的列數(shù)量，可以調節(jié)分辨率和吞吐量。 掃描時間可動態(tài)調整，如此一來，用戶可對所需波長進行更長時間、更加詳細的檢查，從而更好地使用儀器時間和功能。 此外，空間光調制器相對于固定濾波器器具1，諸如采用的Hadamard圖形等高級孔徑編碼技術，可實現(xiàn)高度的靈活性和更高性能。 總之，與目前的光譜分析系統(tǒng)相比，使用DMD的光譜分析器件可實現(xiàn)更高分辨率、更高靈活性、更加穩(wěn)健耐用、更小的外形尺寸和更低的成本，從而使得它們對于廣泛的商業(yè)和工業(yè)應用更有吸引力。 5.png |
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