可调谐MOEMS滤光模块是一种基于微光机电系统技术的核心光学器件，法布里-珀罗（Fabry-Perot）干涉原理的MOEMS设备是一种典型的微光机电系统（MOEMS）实现方式，其实现包括通过微机械结构动态调节光学参数，实现对特定波长的选择性透射或反射。以下我们简称其为MEMS FP器件。

结构，核心组件及应用 

MEMS FP型MOEMS滤光模块的核心结构主要包括以下部分：

1. 法布里-珀罗（F-P）腔：由两层高反射膜（通常为金属或介质膜）构成，形成光学谐振腔。光在腔内多次反射后，仅满足干涉极大条件的波长被透射。

2. 可动镜面支撑结构：采用硅基材料（如可动镜面Si支撑结构），通过悬臂梁与衬底连接。悬臂梁的弯曲变形带动可动镜面移动，从而改变F-P腔的间距（腔长）。

3. 静电驱动系统：包括重掺杂导电区域和电极引线，通过施加电压在可动镜面与衬底间产生静电力，驱动悬臂梁弯曲。

4. 增透膜与封装结构：增透膜覆盖于衬底和可动镜面表面，减少光损耗；封装结构保护微机械部件并确保稳定性。

MEMS FP器件型MOEMS芯片图如下：

图 1 MEMS FP器件型可调谐MOEMS滤光模块示意图

与传统的调光技术相比，MEMS FP器件滤光模块尺寸仅为毫米级，可与光通信芯片直接集成，满足微纳卫星等小型化平台需求。此外，它的工作驱动功耗低（通常为微瓦级），适合高密度部署，通过优化悬臂梁结构（如多支撑臂设计）和材料（如InP基悬浮膜），调谐范围可扩展至近红外波段，硅基微加工工艺（如光刻、刻蚀、键合）又能确保器件的一致性和稳定性。 

基于以上优势，MEMS FP器件滤光模块被广泛应用于动态波长选择（DWDM）、可重构光分插复用器（ROADM）和光交叉连接（OXC）等光通信器件；在无人机或微纳卫星等光谱成像领域中实现多光谱探测，提升目标识别能力；此外，在生物传感领域，结合可调谐滤光特性，用于实时监测生物分子的光谱特征等。

MEMS FP器件特性测试 

MEMS FP器件的微型化结构（微米至毫米级）对机械性能极为敏感，与传统电子芯片相比，在研发和验证阶段对MEMS FP器件机械特性测试是确保其可靠性和功能稳定性的关键环节，其必要性体现在： 

• 结构脆弱性：MEMS FP器件悬臂梁、薄膜等微结构易受应力集中、疲劳断裂影响，需验证其抗变形能力。

• 动态性能关联性：机械参数（如弹性模量、共振频率）直接决定光学调谐速度、精度及寿命。

• 环境适应性：器件需在振动、温度波动等复杂环境下长期工作，需评估其机械稳定性。 

传统测试往往只关注MEMS器件的电学特性，忽视其中非常重要的机械特性的研究。从而造成良率，产品一致性的问题。

MEMS FP器件特性测试及测试项目

法布里-珀罗（F-P）腔的典型结构如图2所示，是由一对镀有高反射膜的平板组成，二者平行放置，夹一层厚度均匀的空气膜，镀膜面相对，形成两个反射镜面。

其原理是基于法布里-珀罗相干透射原理：即当入射光在F-P（法布里-珀罗）腔内经过多次反射和干涉相干叠加，只有当光波长和往返光程差满足特定的条件，才能在出射谱中出现谱峰，实现对入射光的选频分光，通过调谐F-P腔的腔长d，将入射的连续宽光谱改变为特定波长的准分立光谱。

图 2 典型结构及原理示意图

阵列式MOEMS滤光芯片的每个像元的三维剖面结构示意如图3所示，两反射镜由两个相平行的硅平板实现，两硅板的内表面均镀有高反射光学膜。利用阻挡结构的支撑，在两平板之间的形成厚度均匀的空气间隙，从而定义F-P腔的腔长。通过可动硅平板结构动态调节F-P腔长，进而实现对不同波长的分立光谱的透射输出。

图 3 MOEMS滤光芯片像元三维和剖面结构示意图

MEMS FP器件除了光学参数外，还有空腔调谐幅度、波长调谐响应速度，平行度等多项关键指标需要测试评价，其中合格的芯片要求空腔调谐幅度≥500nm，波长调谐响应时间≤10ms，并保证可动镜和固定镜在调谐过程中保持平行。 

空腔调谐幅度（如图2中的参数d）为可动镜相对于固定镜可调谐幅度，空腔调谐幅度决定了MEMS FP器件光谱调谐范围。空腔调谐速度决定了波长调谐响应时间，他具体指给MEMS FP器件模块施加驱动电压时，可动镜到达空腔调谐位置所用的时间，单位为毫秒（ms）。调谐平行度是可动镜在调谐过程中相对于固定镜应当品行移动。

MEMS FP器件特性测试及测试参数 

不同于传统半导体器件（IC、晶体管）的测试，MEMS FP器件测试一般为给定电信号-测量其他机械特征物理量，或者给定其机械特征物理量-测量电信号，这点必须明确。其中本案例中就是这样的典型实例：给定电信号，测量位移物理量。 

1、空腔调谐幅度（如图2中的参数d）为可动镜相对于固定镜可调谐幅度，是给定电压下，由静电驱动可动镜相对于固定镜的调谐幅度。这里就需要使用差分多普勒激光测振仪将参考激光对准固定镜，给定驱动电压，然后测量可动镜的调谐幅度。

2、空腔调谐速度为可动镜在给定驱动信号（方波，频率1 Hz–2 Hz，占空比50%，电压0-10V、20-0V、0-30V）从10%上升至90%的时，测量动镜上升的时间。

3、调谐平行度为可动静在调谐后相对于固定镜的平行度，一般为可动静在调谐后是否还是平行调谐。

MSA-600显微式激光测振仪助力MEMS FP器件机械测试

图4 带有探针台的MSA-600显微式激光测振仪

适用于MEMS 动态特性测试的MSA-600 显微式激光测振仪，集多种测量功能于一体，其不仅能测量面内振动和面外振动，还能测量表面形貌。系统具有极高的灵活性和精度，以满足显微结构未来的发展需要。 

显微式激光测振仪可提供精确的三维动态和静态响应数据，在降低开发和制造成本的同提高产品性能，从而缩短设计周期，简化故障处理，提高产品产量。 

为了捕获FP器件的瞬态特性，需要使用MSA-600的时域测量模式，该模式可以捕获FP器件运动的完整运动周期，帮助分析器件的瞬态特性参数。

图4 测量过程中的MEMS FP器件芯片阵列

 图5 FP像元完整的运动周期

通过对时域信号中，利用PSV软件提供的差分光标功能，轻松获得上升沿和行程的数据。 

图6 FP像元位移行程数据

图7 FP像元上升时间数据

利用PSV Acquisition软件的开放式接口，自动提取参数

要从单个晶圆上的几十个像元中手动单独提取每个像元的数据往往费时费力，MSA-600自带的PSV测量软件提供了自动化编程的开放式数据接口，让测试工程师轻松的实现自动化的数据提取，数据分析和数据呈现。这将大大提升测试效率。 

PSV测量软件的开放接口基于行业标准的Microsoft COM/DCOM 自动化接口，用户可以使用熟悉的Python；MATLAB；C/C++；.NET；LabVIEW等常规开发工具获取数据，快速轻松的获得自定义测项，轻松获取结果。

图8  PSV软件的自动化编程接口

图9  基于PSV软件开发的MOEMS器件评估工具

图10  Damping Ratio（-3dB）阻尼数据

图11  位移/平行度数据

图12  平坦度数据

图13  瞬态特性数据

 MSA-600——MOEMS机械测试的高效赋能者 

随着光通信、光谱成像等领域的快速发展，基于MEMS FP原理的MOEMS滤光模块的高精度动态调谐需求日益迫切，而微型化结构带来的机械性能挑战（如悬臂梁疲劳、动态响应迟滞等）已成为行业痛点。

MSA-600显微式激光测振仪凭借亚纳米级位移分辨率、三维动态捕捉能力及自动化测试软件，为MOEMS器件的研发与量产提供了全流程解决方案：

• 精准高效：通过差分激光测振技术，常规环境下，直接测量可动镜面位移（分辨率达50 fm），实现空腔调谐幅度、响应速度等核心参数的无损检测；

• 智能分析：PSV软件的开放式接口支持批量数据提取与自定义算法开发，帮助客户将测试效率提升50%以上；

• 场景适配：从实验室单点验证到中实产线批量检测，MSA-600已助力多家头部企业将MEMS FP器件良率提升至99.5%，并缩短30%的研发周期。

未来，随着MOEMS技术向更高频、更微型化方向发展，MSA-600将持续迭代软硬件生态，以更智能的测试工具和更开放的协作模式，赋能客户突破性能边界，领跑下一代光学器件创新。