MEMS fourier transform spectrometer using lamellar grating

Fourier Dönüşümü Kızılötesi (FTIR) Spektroskopi kimyasal ve/veya biyolojik maddelerin tanımlanması ve analizinde çokça kullanılan bir yöntemdir. Bu yöntemde tüm ışık bir foto detektörün üstünde toplandığından diğer yöntemlere kıyasla birçok avantajı vardır. Bunlara örnek olarak yüksek işaret-gürültü oranı ve ölçüm hızı, küçültülebilir ve ucuzlatılabilir olması verilebilir. Mevcut FTIR spektrometreler çoğunlukla eğitimli personel tarafından kullanılabilen, büyük ve hassas cihazlardır. Diğer taraftan, değişik endüstrilerde, sahada kullanılmak üzere bu cihazlara büyük ihtiyaç duyulmaktadır. Bu ihtiyaç, FTIR spektrometrelerin küçültülmesi ve dayanıklılaştırılması gereğini doğurur.Bu tezde, 7inci çerçeve projesi olan Avrupa Komisyonu tarafından desteklenen MEMFIS kapsamında, Mikro-Elektro-Mekanik-Sistemler (MEMS) teknolojisi kullanılarak Kırınım Izgaralı Girişimölçerli (LGI) FTIR spektrometreler için bir MEMS cihazı geliştirilmiştir. Cihazın optik, mekanik ve elektromekanik özellikleri eniyileştirilmiş ve mevcut benzerlerine göre önemli ölçüde geliştirilmiştir. Kırınım ızgarası yönteminin teorik limitleri Fourier optiği prensipleri kullanılarak ortaya konmuş ve optik sistem tasarımı ve eniyileştirilmesi kapsamında ızgara şekil ve periyodu tasarlanmıştır. Cihazın optik verimliliği yapılan sayısal analizlerle orta dalga kızılötesinde (2.5?m ? 16?m) çalışacak şekilde geliştirilmiştir. Cihazın düzlem dışı hareketi ANSYSTM sonlu elementler modelleme programı kullanılarak tasarlanan pantograf tipi yapılarla sağlanarak, hareket genliği ±500 ?m'ye çıkarılmış; aynı zamanda darbe ve sarsıntıya dayanırlılığı artırılmıştır. Böylelikle teorik spektral çözünürlük 10 cm-1'e kadar iyileştirilmiştir. Buna göre daha önce Koç Üniversitesi'nde geliştirilen MEMS cihaza göre 10 kat daha iyi bir performans beklenmektedir. Yansıtıcı ızgaralardaki dinamik deformasyon yardımcı süspansiyon mekanizmayla 300nm'ye düşürülerek çözünürlük üstündeki olumsuz etkileri yok edilmiştir. Doğrusal olmayan elektromekanik sürme sistemi detaylı olarak analiz edilmiştir ve istenen performansın 200 V'un altında vakum paketine gerek olmadan elde edilebileceği gösterilmiştir.