Block MEMS, LLC发起了一场科学的反恐战争，真正和实际地应用了宽带红外吸收光谱来对抗化学战。它的目标是建立一个具有成本效益的宽带红外吸收光谱仪，被称为“ChemPen™”，具有足够的光谱分辨率来探测和识别敌方特工或恐怖分子部署的有毒化学气体。
BLOCK的MEMS迈克尔逊干涉仪
经过三年的实验和详细分析，Block MEMS确定了微型迈克尔逊FTIR传统结构中的重大成本挑战，并得出结论，只有通过迈克尔逊核心的整体结构，而无需外部手工或校准，才能合理地实现具有成本效益的检测设备。迈克尔逊干涉仪是一种复杂的机械装置，对其元件之间的光学关系有严格的限制。目前，很少有方法能够以可重复和可靠的方式实现所需的干涉公差，其中包括光刻。
首先考虑的是光谱分辨率要求。在红外和拉曼光谱方面的丰富经验以及有毒物质的检测算法使得在STP环境下对这些相对较重的分子进行实际的工程选择。在迈克尔逊干涉仪中，随着运动镜的运动范围增大，分辨率也随之提高。考虑到所需的光谱分辨率为200px-1，并且在设计中有一定的余量，实现了600μm的峰间行程，这是MEMS机械运动前所未有的距离。
图1
由于该设备由于其尺寸而只能表现出中等灵敏度，ChemPen™设计可容纳max反射镜尺寸，符合所需的平整度和倾斜度。(其他提高系统灵敏度的辅助技术仍在研究中)。zui初的ChemPen™设计指定了0.5 mm的透明孔径。基于该尺寸计算灵敏度，ChemPen™在室温下能够在一秒钟内看到6mg /m2 (1ppm -m)浓度的SF6，信噪比为1:1。这个参数称为噪声等效吸光度(NEA)。计划中的MEMS规模预聚光器和改进的半低温探测器的新进展(将在未来的论文中讨论)大大提高了预测的灵敏度。早期实验表明，使用1 mm孔径的透明反射镜可以达到要求的平整度和倾斜规格。仅这一项就将灵敏度提高了四倍，降低了NEA，并在一秒钟内产生了250 ppb-m的SF6的预测天然灵敏度。
C-Agents使用的典型光谱范围为8-13μm，特别是在300 K环境作为源的对峙测量中。ChemPen™的吸收系统利用更热的光源(1100 K)，并产生足够的光子通量，在吸收配置中获得低至2 μm的良好光谱，极大地促进了许多有毒工业化学品(tic)和推进剂的识别。目前正在进行具有已知标准和浓度的吸收光谱研究，结果将在适当验证后公布。
迈克尔逊干涉仪的当前MEMS实施例如图1所示。有三个光学元件(固定反射镜，移动反射镜和分束器)，它们在干涉仪中定义了两个不同的光束路径。所有组件在其结构上基本上是相同的，尽管分束器被拉长了，以考虑45º的入射角;每一个都有一个主镜组件，这是一个感兴趣的光学表面，次要组件保持主组件的位置，以保持其干涉对准，以及专有的自锁机制，使不可逆组装。分光镜经过专门设计，使反射镜的运动能够调制2-14 um光谱区域的光(图2)。
图2
ChemPen™背后的MEMS引擎是在桑迪亚guo家实验室的SUMMiT-V制造工艺中制造的，Albuquerque, NM，由五层多晶硅组成，每个多晶硅层之间具有中间牺牲氧化物，并且具有小于0.25 um间隙的旋转部件的特定功能。后处理包括粘结垫和微量金属化，骰子，临界点干燥，镜面金属化后释放，以尽量减少固定和移动镜的曲率变化。ChemPen™目前是手工组装，但批量组装技术正在开发中。
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