翻译自马丁·埃伯曼 2016年的文章
摘要
红外光谱学的众多应用领域需要小型、坚固、低成本且便携的光谱仪。因此，微型光谱仪技术正快速兴起，众多研究团队为此投入大量精力。相较于其他类型器件，微加工可调谐FP滤光片在微型化与光通量方面表现最优。本文综述了用于红外光谱的µFP滤光片，对比了多个研究团队的不同技术方案，讨论了波长调谐范围、光谱分辨率、通光孔径尺寸等光学性能参数，以及制备复杂度与成本。
1. 引言
红外光谱学是一种强大的分析方法，许多物质可通过其独特的吸收光谱被区分。传统红外光谱仪结构复杂、价格昂贵，便携性较差，但应用领域广泛，包括医疗诊断与健康护理（如人体呼吸气体检测）、危险物质探测（如可燃有毒气体、爆炸物检测）、医药与化工行业过程监测等。这些应用均对小型、坚固、便携且低成本的光谱仪有强烈需求。
在可见光与近红外波段，基于光栅与探测器阵列的多种方案已成熟应用。然而，在中波与长波红外（3--12 µm）波段，这类方案因光通量有限与阵列探测器成本高昂两大问题未能成功应用。另一方面，傅里叶型（FT）光谱仪（如迈克尔逊干涉仪）因光学结构复杂，难以通过MEMS技术实现。文献中已有部分MEMS傅里叶变换系统方案，甚至有商业化产品，但同样面临光通量受限的问题。R. A. 克罗科姆在2008年对不同红外微型光谱仪技术进行了全面综述¹⁻⁴。
与上述传统方案相比，用作可调谐滤光片的微加工FP干涉仪（FPI，即µFP滤光片、µFPF）似乎是最适配的选择。由两片间距极小的平行反射镜构成FP腔的结构，可通过MEMS技术轻松实现，既能高度微型化，又能保持足够大的光通量。
本文综述了文献中报道的、尤其针对红外波段的µFP滤光片当前技术水平。本文仅聚焦于气隙调谐型滤光片，因角度调谐、折射率调谐等替代方案存在显著缺陷；同时主要针对可用于气体传感等应用的单点探测系统，为保证完整性，也简要涉及高光谱成像、可见光波段等邻近应用领域。已有多篇论文综述了不同团队的自研技术⁵⁻⁶，本文将对各类技术方案进行对比，涵盖采用牺牲层刻蚀制备悬空反射膜的单片式表面微加工滤光片，以及采用键合晶圆构建的体微加工滤光片。
2. 技术背景
FP干涉仪（FPI）由查尔斯·法布里与阿尔弗雷德·珀罗于一百多年前发明⁷，至今仍应用于大型天文望远镜的光谱传感器等精密光学仪器中。其仅由两片平坦、平行且半透半反镜构成的基础结构，使其成为高度集成与微型化系统的理想选择。20世纪80年代MEMS技术确立后，受90年代末电信行业繁荣推动，光学微系统（MOEMS）愈发受到关注¹⁻²。
据作者所知，首篇µFPF论文发表于1987年，马林森等人⁸提出了一款用于近红外波段波分复用（WDM）的器件；直至90年代中期，首款用于光谱传感器的µFPF才问世⁹⁻¹⁰。
FPI的理论基础可参考众多教材¹¹⁻¹³或本文引用文献，此处仅简述其在MEMS实现与可调谐滤光片应用中的关键设计要点（见图1）：
图1 FPI基本结构与工作原理
红色箭头表示通过调节反射镜间距d实现峰值位置（中心波长CWL）调谐
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所有光谱仪或光谱传感器的核心矛盾：分辨率、光谱范围与光通量（决定信噪比） 三者相互制约，需根据具体应用谨慎平衡。此外，探测器尺寸与类型、光源及各组件的系统集成方式也至关重要。
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FPI产生一系列透射峰，相邻干涉级次由自由光谱范围（FSR）分隔。大调谐范围需选择低级次，红外波段对应的谐振腔长度d（反射镜间距）仅几微米；高级次工作可减小峰值半高全宽（FWHM）以提升光谱分辨率，但会缩小FSR与调谐范围。
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µFPF的精细度与光谱分辨率取决于反射镜反射率，同时受镜面弯曲、倾斜、粗糙度等缺陷，以及透射光束锥角影响，通常设计约束极为严格。
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除少数特例外，反射镜普遍采用由高低折射率交替的介质四分之一波长层构成的分布式布拉格反射镜（DBR）¹²，需针对特定光谱范围设计制备，材料需具备极低吸收与高折射率对比度。
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调谐通过静电驱动调节谐振腔长度d实现（本文综述所有工作均采用此方式）。通常一片反射镜固定，另一片由弹簧或张紧膜片支撑以提供回复力。吸合效应对调谐范围构成另一设计限制：恒压驱动的平行板驱动器，仅能在初始电极间距的1/3范围内稳定工作。
图2 采用a)体微加工与晶圆键合、b)表面微加工与牺牲层刻蚀制备的µFPF典型截面图
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a)体微加工：可动载体（凸台）、隔离层（牺牲层）、反射镜、柔性支撑结构、控制电极、固定载体、减反膜（ARC）、硅衬底
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b)表面微加工：膜片、反射镜涂层、控制电极、隔离层、减反膜（可选去除）、硅衬底
3. 技术方案对比
µFPF主要分为体微加工与表面微加工两类技术方案，各有优劣，部分后续研究兼具两者特征。图2为两类方案典型截面，表1对比了核心设计与性能。
3.1 体微加工FP滤光片
体微加工µFPF通常由两片及以上晶圆构成，经湿法/干法刻蚀、电极与光学层沉积，最终键合形成FP腔；腔间距由附加隔离层或刻蚀间隙实现。两片反射镜均由厚且机械刚性高的衬底支撑，可避免层应力导致的翘曲，保证驱动时的平面度；衬底背面需镀减反膜（ARC）。
该结构可将驱动电极与反射镜分离（不同间距），机械调谐可根据目标光谱调谐范围灵活设计。可动反射镜质量通常不可忽略，使滤光片对外界加速度敏感，需通过设计或额外补偿解决。尽管设计与制备更复杂，这类滤光片在调谐范围、分辨率与大孔径方面具备更优性能潜力。
3.1.1 英国电信（英国）& IC传感器公司（美国）
据作者所知，首篇µFP器件论文发表于1987年，马林森与耶尔曼⁸研制了用于1.3−1.5 µm波段波分复用（WDM）的µFP滤光片。可动反射镜由凸台结构支撑，柔性膜片刻蚀自硅衬底（见图3a）；采用四个独立驱动电极与附加传感电极，实现电容反馈闭环控制。滤光片工作于一级干涉，腔隙3.5 µm，机械调谐范围约1.5 µm，驱动电压18 V。虽角度失配极小，可通过偏置电压实现平行度校正，但机械调谐范围不足以覆盖完整自由光谱范围；增大腔隔离层厚度可获得更大光谱调谐范围。
图3 英国电信与IC传感器公司用于波分复用的体微加工µFPF
a) 第一代器件分解图；b) 改进型第二代波纹膜片支撑结构示意图
第一代器件芯片尺寸13×15 mm²，有效精细度约93（半高全宽FWHM=3.1 nm）。第二代改用波纹膜片替代普通膜片（见图3b），芯片尺寸缩小至5×5 mm²¹⁴，通光孔径1.4×1.4 mm²；采用8−10级干涉，反射镜间距约25 µm，通过对驱动电极施加偏置电压，平行度提升至3×10⁻⁴度以内，滤光片带宽优化至FWHM≈1 nm，精细度降至40。
3.1.2 慕尼黑工业大学（德国）
罗斯伯格1995年报道了首批用于红外光谱的µFPF研究⁹，基础结构与马林森、耶尔曼的第一代器件高度相似（见图4a）。但该研究未采用介质反射镜，而是通过溅射铝制备1.5...7.5 µm宽波段反射镜，遗憾的是反射率较低（R≈0.85，反射精细度≈20），吸收较高（A≈10%）¹⁵；计算光谱分辨率200 nm，峰值透射率随波长升高降至T_peak<10%。该工作的重要突破是首次实现µFPF与热电堆红外探测器的片上集成¹⁶。
图4 罗斯伯格报道的片上µFP传感器截面示意图
电容器极板、减反膜、FP谐振腔、吸收层、探测器、硅衬底
3.1.3 横河电机公司（日本）
日本横河电机公司研制了用于1.5 µm左右波分复用的µFPF¹⁷，结构与马林森、耶尔曼的方案相似。可动部分基于SOI晶圆，腔间距由器件层与埋氧层厚度决定（见图5），晶圆局部刻蚀至10 µm薄膜片提供回复力；固定反射镜由玻璃衬底支撑，配备四个独立控制电极。通过不同刻蚀深度分离电极与反射镜间距，优化驱动器设计以匹配目标调谐范围。滤光片带宽FWHM=0.5 nm，自由光谱范围FSR=35 nm，对应干涉级次m≈35...40；芯片尺寸6.2×7.2 mm²，滤光孔径约0.5 mm。
图5 横河电机用于波分复用的µFPF
可动介质反射镜、硅凸台、膜片、玻璃、电极
3.1.4 阿克森技术公司（美国）
阿克森技术公司开发了基于窄带可调谐红外光源的近红外光谱仪，由超辐射发光二极管（SLED）与µFPF组合实现¹⁸⁻¹⁹。滤光片可动部分基于柔性硅膜片与螺旋系链（见图6b），结构刻蚀自SOI晶圆。专利文献报道了多种设计²⁰⁻²¹，包括两片相同膜片与中间隔离层键合的结构，优势是外界加速度作用下两片反射镜同向运动，通光孔径200 µm。另一项专利提出由两层堆叠DBR与附加匹配层构成的双波段反射镜²²，µFPF可在两个波段同时工作，一个用于实际测量，另一个用于波长参考。整套系统（光源、µFPF、透镜、分束器、探测器）集成于温控微光学平台（见图6a）。
器件覆盖1350...1800 nm多个波段，光谱分辨率3.5 cm⁻¹（0.1 nm）；文献⁴,¹⁹,²³报道分辨率0.025 nm，自由光谱范围FSR=100 nm，对应极高精细度约4000。
图6 阿克森公司带可调谐SLED的近红外微型光谱仪
a) 微光学平台上的完整系统；b) µFPF柔性膜片与反射镜
3.1.5 红外技术有限公司、开姆尼茨工业大学、弗劳恩霍夫电子纳米技术研究所（德国）
本文作者团队2001年启动µFPF研究，最初概念采用四层堆叠晶圆，下层支撑固定反射镜，内层构成可动部分；可动部分由成对平行梁支撑，保证无倾斜直线运动，最外层四对控制电极用于线性化驱动特性并双向移动内层²⁴（见图7）。
图7 团队研制的µFPF扫描电镜图（支撑结构细节）
a) 第一代平行梁支撑设计；b) 第二代T型支撑梁
设计与制备的复杂性促使后续不断简化，最终形成与前述方案相似的两片晶圆设计²⁵⁻²⁶，早期采用SU-8层键合，近期改用硅熔融键合²⁷。
芯片整体尺寸8.5×8.5 mm²，滤光孔径达2×2 mm²；测试了硅与二氧化硅双层周期（HL²）与三层周期（HL³）DBR²⁵，薄膜通过化学气相沉积（CVD）制备，经标准光刻与刻蚀图形化。双层周期设计综合光学性能更优，原因是层应力与粗糙度更低、反射率匹配更好。成功制备并表征了两款一级µFPF，调谐范围分别约3−4 µm与4−5 µm（见图8a），实测带宽FWHM=60...100 nm与80...120 nm，有效精细度40...60²⁶。
图8 集成微型光谱仪模块
a) 中波红外两款滤光片光谱响应；b) 模块内部：热电堆探测器（左）与上方µFPF（右）
µFPF与热释电红外探测器集成于TO-8封装，形成小型密封微型光谱仪模块（见图8b）；2×2 mm²热释电传感元件与滤光孔径匹配，管帽集成宽带通滤光片，用于阻挡高级次等无用辐射。
电极尺寸与弹簧刚度设计适配最大35 V控制电压，可动部分质量约12 mg，滤光片波长加速度响应达40 nm/g（g=9.81 m/s²）。通过集成专用集成电路（ASIC）与外部驱动电路实现电容反馈闭环控制，补偿加速度影响²⁹；配合校准方案可补偿温度漂移，环境变化时波长稳定度优于5 nm。光谱校准数据存储于封装内的电可擦除可编程只读存储器（EEPROM），该模块已由红外技术有限公司商业化，配套驱动电路与软件同步发售³⁰。
后续研究将硅/二氧化硅反射镜材料替换为锗、硫化锌与金属氟化物，采用离子辅助蒸发（IAD）沉积薄膜（标准干涉滤光片制备工艺）。新型三材料系统提供更多设计选择，可精准调节反射率（反射精细度）与应力补偿，将µFPF光谱覆盖范围扩展至长波红外波段。成功研制一级单波段滤光片，以及可在中波与长波红外同步调谐的双波段滤光片²⁸,³¹，精细度与光通量等光学指标与前期滤光片相当。团队开发双信道热释电探测器，实现分束器与阻挡滤光片的三维集成，封装成双波段器件（见图9）。
图9 中长波红外双波段µFPF
a) 滤光片透射光谱；b) 双信道微型光谱仪模块原型
近年研制了高分辨率、快响应器件，专用于碳氢化合物气体快速分析；四级滤光片实现FWHM低至20 nm，调谐范围3.1−3.7 µm。为补偿光通量损失并实现快速扫描，滤光片与硒化铅光敏电阻联用³²，提出新型快速扫描方法并搭建气体传感演示平台³³。
除闭环控制补偿加速度灵敏度外，团队还研制了双可动反射镜全新MEMS设计，核心优势是外界重力/振动作用下两片反射镜同向运动（参考阿克森公司方案）。由此可采用更柔软的支撑结构，且两片反射镜仅需移动传统单可动反射镜一半行程，电极可更小、芯片尺寸可缩小，同时不损失通光孔径。反射镜载体为矩形，相互垂直布置，部分与固定框架重叠形成气隙，可吸收机械冲击（见图10）。目前已报道两代设计³⁴⁻³⁵，当前研发状态实现结构与工艺简化，芯片尺寸7×7 mm²；完成两款光学滤光片研制：中长波双波段版本、高分辨率高级次版本（与前述设计相似）。
图10 第二代双悬浮反射镜载体体微加工µFPF
a) 截面示意图；b) 两片晶圆分解图
该技术的主要成本驱动因素是光学涂层制备，因此团队开展亚波长光栅替代介质薄膜的研究。反射镜由特制介质或金属贴片阵列支撑于薄膜上构成，光学性能（波段、阻带宽度、反射率）主要取决于阵列间距与形状，次要取决于材料特性；可通过纳米压印光刻（NIL）制备，有望显著降低成本。
研究针对2.5−5 µm波段，制备了氮化硅薄膜上100 nm厚铝环/圆盘谐振器阵列（见图11），采用有限差分法（FDM）仿真、电子束光刻与NIL制备³⁶⁻³⁸。结果表明，金属谐振器存在吸收，反射率不宜过高，否则滤光片透射率大幅下降。
图11 带亚波长光栅反射镜的µFPF
左：纳米压印制备的圆盘谐振器扫描电镜图；右：原型实物图
基于现有单可动反射镜MEMS设计，研制了工作于3--5级干涉的可调谐滤光片原型；通过硅衬底背面刻蚀释放膜片，同时定义通光孔径。白光干涉测量证实，整个孔径内平面度与粗糙度优异，FWHM与透射率的实测与仿真结果吻合良好。与DBR滤光片相比，精细度较低（10...15），但符合低反射率设计预期；调谐时精细度不下降，因膜片由刚性硅框架支撑，与驱动电极完全分离。该方案适合高光谱成像中大孔径、低精细度、高光通量滤光片。
3.1.6 泰莱达科学与成像公司（美国）
2003年左右，罗克韦尔科学公司（现泰莱达科学与成像公司）启动研究，研制阵列式µFP滤光片与红外焦平面阵列（FPA）结合，用于光谱成像应用⁴⁰。核心概念：通光孔径200×200 µm²至400×400 µm²的滤光片单元，每个覆盖多组探测器像素，可独立寻址调谐，覆盖8−10 µm范围；同时在3−5 µm第二波段具备高透射率（无调谐功能），因此系统称为双波段自适应焦平面阵列。
器件制备：首片反射镜镀于硅晶圆并通过剥离工艺图形化，第二片反射镜镀于SOI晶圆器件层并图形化支撑结构；两片晶圆通过金-金热压键合键合，去除衬底后镀减反膜（见图12a）。反射镜与减反膜采用锗/硫化锌多层膜，优化设计使77 K（液氮制冷）探测器工作温度下应力与翘曲最小。制备并测试多种测试结构，采用二氧化碳激光器（准直光束）与电压控制开展透射率测试。因电压直接施加于反射镜，受吸合效应限制，调谐范围为9.5−10.7 µm；实测FWHM=90...120 nm（见图12b），对应高精细度60...80⁴¹⁻⁴³。采用电荷控制驱动替代电压控制，调谐范围扩展至8−11 µm³⁹。
图12 泰莱达公司双波段自适应焦平面阵列µFPF
a) 单滤光片单元截面示意图；b) 二氧化碳激光器实测透射光谱
3.2 表面微加工FP滤光片
3.2.1 芬兰国家技术研究中心（芬兰）
1997年，芬兰维萨拉公司推出二氧化碳传感器CarboCap，是首款基于µFPF的商业化气体传感器⁴⁴，µFPF由维萨拉与芬兰国家技术研究中心合作研制。上柔性膜片反射镜由多晶硅/二氧化硅三层λ/4层（HLH）构成，下固定反射镜支撑于硅衬底，由双层周期（HL²）构成；牺牲隔离层同样为二氧化硅，最外层掺杂实现导电控制电极（见图13a）。衬底上圆形电极用于最小化驱动时膜片翘曲⁴⁵（见图13b）。
图13 芬兰国家技术研究中心与维萨拉公司的µFPF
a) 表面微加工MEMS滤光片截面示意图；b) 防止反射膜片翘曲的电极结构
滤光片工作于一级干涉（m=1），调谐范围3.9−4.6 µm（二氧化碳吸收峰4.26 µm），带宽约FWHM≈70 nm，有效精细度约40；孔径直径1 mm，芯片尺寸3.3×3.3 mm²¹⁰,⁴⁶⁻⁴⁷，与热电堆探测器集成用于气体传感。
文献⁴⁸报道了特殊气体吸收测量方法：滤光片不连续扫描获取光谱，而是在二氧化碳吸收波段、无吸收参考波长、µFPF前长通滤光片阻挡区间循环切换波长，既作为波长选择元件，又作为调制器；同时利用长通滤光片作为波长参考，补偿µFPF温度漂移。其他文献报道了脉冲热辐射源方案⁴⁹。
该技术已适配2.8...5 µm波段其他应用，如碳氢化合物气体与水蒸气检测；文献⁵⁰采用热电制冷硒化铅光敏电阻，µFPF直接集成于探测器上方实现温控（见图14a）。后续文献⁵¹将µFPF置于印刷电路板上，位于非制冷硒化铅探测器外壳外部；该滤光片一级干涉下调谐范围2.8−3.5 µm，FWHM=50...60 nm，芯片尺寸4×4 mm²，通光孔径达2 mm。基于相似设计，近期演示了用于手机的夹装式二氧化碳传感器⁵²。
图14 用于碳氢化合物气体与水蒸气检测的µFPF传感器
a) 热电制冷红外探测器上方集成µFPF；b) 2.8−3.5 µm调谐范围µFPF归一化透射光谱
芬兰国家技术研究中心进一步将技术拓展至其他波段与应用领域⁵,⁵³，重点研发可见光波段µFPF（尤其高光谱成像）。反射镜采用原子层沉积（ALD）制备的二氧化钛/三氧化二铝超薄层，光刻胶用作牺牲隔离层，石英晶圆作为衬底⁵⁴，报道孔径尺寸达2 mm⁵⁵。多款2...6级干涉µFPF的有效精细度约30，显著低于仿真值，主要原因是高张应力膜片在静电作用下弯曲、隔离层不均匀。
为保证足够大调谐范围，片上集成电容器与驱动器电容串联，采用交流电压驱动方案，虚拟扩大电极间距。二氧化钛/三氧化二铝折射率对比度低（n_H/n_L≈1.4），反射镜阻带窄，无法覆盖完整可见光范围（380...780 nm）；解决方案是采用两级及以上µFPF级联，分别适配不同波段与干涉级次⁵⁵。
另一项解决高级次多峰模糊问题的方案见文献⁵⁶：采用RGB滤光马赛克（拜耳阵列）图像传感器，选择µFPF干涉级次，使其与三色通道光谱响应匹配（见图15）。该方案首先用于芬兰国家技术研究中心压电驱动FP滤光片高光谱相机（不再详述，参考⁵⁷⁻⁵⁸），采用宽带银镜⁵⁹；后应用于二氧化钛/三氧化二铝DBR的µFPF⁶⁰（见图16），可用范围仍受反射镜阻带宽度限制。
图15 FP滤光片三级干涉与RGB图像传感器通道匹配
a) 滤光片透射率；b) 红、绿、蓝通道光谱响应
图16 可见光波段µFPF（装于TO-8管座，用于手持高光谱成像仪）
团队还研究了光谱成像用直径达10 mm的超大膜片，膜片采用低应力多晶硅与富硅氮化硅薄膜制备⁶¹；二氧化钛/三氧化二铝ALD层滤光片孔径达4 mm，有效精细度约7...10，测试时仅部分孔径受光照。
文献⁶²报道了PIN光电二极管与µFPF的单片集成。
芬兰国家技术研究中心也研制了近红外波段µFPF，反射镜采用多晶硅与氮化硅，孔径0.5−1.5 mm⁵³,⁶³，由实测FWHM推算精细度约20...30。
当前研究研发新型布拉格反射镜：由λ/4多晶硅层（高折射率材料）与中间λ/4气隙（低折射率材料）构成，气隙通过牺牲二氧化硅层刻蚀形成；多晶硅层间锚点保证机械稳定性，释放后维持气隙高度（见图17a）。硅与空气折射率对比度极高（n_H/n_L≈3.4），反射镜阻带极宽，仅三层（HLH）即可实现约96%反射率；且损耗低至长波红外（优于传统氧化硅/氮化硅低折射率材料），可用于最高11 µm的µFPF⁶⁴。完整FP滤光片结构至少包含四层多晶硅与三层牺牲二氧化硅，需一步或多步释放刻蚀（见图17b）。
图17 带硅/空气布拉格反射镜的µFPF
a) 硅/空气/硅结构扫描电镜图（含锚点）；b) 长波红外µFPF静止与电压驱动状态截面示意图
一级长波µFPF调谐范围7.5−9.5 µm，带宽FWHM=115...135 nm，对应高精细度约50...60；孔径0.8−1.2 mm，芯片尺寸4×4 mm²⁶⁵⁻⁶⁶。
同时研制了中波红外硅/空气反射镜µFPF，调谐范围3.7−4.5 µm（二氧化碳版）、2.7−3.5 µm（碳氢化合物版），团队投入大量精力优化牺牲层刻蚀工艺，测试多种刻蚀速率/温度组合、氧化物类型与夹层结构。碳氢化合物版精细度与长波µFPF相当，二氧化碳版显著偏低；孔径与芯片尺寸与前述长波µFPF一致，但下反射镜衬底未去除（反射率失配）且未镀减反膜，可能影响光学性能。
2013年，光谱引擎公司从芬兰国家技术研究中心分拆，专注µFPF技术工业应用商业化，推出多款近/中波红外原始设备制造商（OEM）传感器模块⁶⁷。2015年，日本滨松光子推出基于芬兰国家技术研究中心µFPF技术与铟镓砷探测器的近红外光谱传感器，封装于TO-5管座⁶⁸，调谐范围1.55−1.85 µm，光谱分辨率约20 nm，滤光孔径直径0.75 mm，探测器有效面积更小（0.1 mm）。
3.2.2 电装公司（日本）
日本电装公司研制了带硅/空气布拉格反射镜的表面微加工µFPF，基础工艺与设计与芬兰国家技术研究中心高度相似，但HLH层堆叠采用六角蜂窝结构替代平面层与锚点（见图18）。通光孔径直径0.8 mm，芯片尺寸约4×4 mm²，反射镜光谱宽度极宽（3.2...8.4 µm）。一级µFPF实测调谐范围3.2−4.5 µm，带宽FWHM≈60 nm（精细度≈60），但峰值透射率较低（T_pk=10...40%）⁶⁹⁻⁷⁰，推测原因是蜂窝结构限制了有效通光面积。
图18 电装公司带硅/空气布拉格反射镜的µFPF截面示意图
上反射镜、多晶硅/空气、隔离层、衬底、下反射镜
目标应用为车载气体传感，可检测二氧化碳、一氧化碳、氮氧化物、二氧化硫、乙醇等多种气体⁶⁹⁻⁷⁰。文献⁷¹报道了特殊控制电极配置，实现该应用所需的超大调谐范围。
3.2.3 横河电机公司（日本）
除体微加工波分复用µFPF外，横河电机团队还研制了用于2.5−4.5 µm波段二氧化碳与水蒸气检测的表面微加工滤光片⁷²。MEMS器件上反射膜片为多晶硅/氮化硅/多晶硅三层夹层结构，总厚度为参考波长3.5 µm的λ/4；固定反射镜为硅衬底上二氧化硅/多晶硅单层LH周期，牺牲层为二氧化硅。反射膜片整体（兼作控制电极）直径1.8 mm，通光孔径0.8 mm（见图19a）。
图19 横河电机用于二氧化碳/水蒸气检测的表面微加工µFPF
a) 芯片截面示意图与实物图；b) 透射光谱仿真与实测对比
传感器采用三个光谱通道：4.3 µm（一级干涉测二氧化碳）、2.7 µm（二级干涉测水蒸气）、3.3 µm（二级干涉参考通道）。反射膜片静止时精细度已较低（≤10），调谐时进一步下降（见图19b）。
3.2.4 西澳大利亚大学（澳大利亚）
西澳大利亚大学研究团队长期从事µFPF研究，早期器件针对近/中波红外⁷³⁻⁷⁶，近期拓展至长波红外⁷⁷，最初思路是µFPF与碲镉汞（MCT）焦平面阵列单片集成⁷³,⁷⁸。
第一代设计基于锗-二氧化硅布拉格反射镜（HLH），热蒸发沉积并由氮化硅层封装，单像素孔径100×100 µm²；首批传感器原型采用探测器芯片混合集成于TO-8封装（见图20）。制备两款窄调谐范围滤光片：1.8−2.2 µm与3.6−4.5 µm（受吸合效应限制），带宽约100 nm与200 nm，有效精细度低至约17与20，主要由镜面曲率导致。
图20 西澳大利亚大学µFPF
a) 集成碲镉汞探测器的截面示意图；b) TO-8封装集成传感器模块
新型双支撑梁结构驱动器设计提升调谐范围至1.6−2.4 µm，优化光谱分辨率⁷⁹⁻⁸⁰。文献⁸¹增加膜层数（HLHLH），反射精细度升至约130，但释放后反射镜曲率（缺陷精细度）未同步改善，有效精细度（<20）与峰值透射率（<20%）仍较低。
近期研制了200×200 µm²至5×5 mm²的硅/空气布拉格反射镜，光学性能良好，提出与图20a相似的滤光片结构。反射镜表面轮廓测量显示，2×2 mm²反射镜中心约1.5 mm区域平面度满足µFPF使用要求⁷⁶,⁸²。
最新研究提出单层λ/4锗层上反射镜的µFPF新方案⁷⁷，下固定反射镜为锗/硫化锌双层周期（HL²）；光学层热蒸发沉积，旋涂聚酰亚胺作为隔离与牺牲层，滤光片调谐范围覆盖8−12 µm。上层单层锗反射率低、与下反射镜失配，导致反射精细度低、FWHM宽至约500 nm，但峰值透射率≥80%。研究表明，该低光谱分辨率足以满足高光谱成像应用。制备并表征了200×200 µm²至1000×1000 µm²多种膜片尺寸器件，将实测结果与包含驱动时镜面翘曲的仿真对比；静止时达到预期500 nm分辨率，最小尺寸器件调谐时维持分辨率，大尺寸器件因膜片严重翘曲分辨率显著下降。
3.2.5 巴塞罗那大学、巴塞罗那微电子研究所（西班牙）
西班牙巴塞罗那微电子研究所研制了用于气体传感器的新型表面微加工µFPF，滤光片上反射镜分段为独立悬浮六边形膜片，尺寸约200 µm（见图21a）。两片反射镜均为单层λ/4多晶硅层，下反射镜与硅衬底间夹减反层以匹配反射率。检测一氧化碳、二氧化碳、甲烷需约3.2−4.7 µm大调谐范围，因此采用一级干涉；同样采用MEMS技术制备的热电堆探测器倒装键合于滤光片。尽管工艺已优化至应力平衡、反射镜低翘曲⁸⁴⁻⁸⁵，有效精细度仍仅≤10（见图21b）。
图21 巴塞罗那微电子研究所分段上反射镜µFPF
a) 反射镜扫描电镜图；b) 不同驱动电压下滤光片反射光谱
4. 讨论与总结
本文综述了用于红外及其他波段的µFP滤光片技术，主要分为表面微加工与体微加工两类制备方案。
近十年发表研究中，表面微加工方案占主导，主要原因是工艺简单、成本低，适合大批量生产；此外，悬浮膜片反射镜固有抗加速度，优势显著。但该方案存在缺陷：膜片翘曲限制通光孔径（光通量）或光谱分辨率，甚至两者同时受限。在可见光与近红外波段，因高性能小尺寸探测器普及，该缺陷可一定程度接受；但在中长波红外波段，探测器性能受限，急需大滤光孔径，高光谱成像与焦平面阵列应用尤为突出。
体微加工滤光片制备更复杂、成本更高，但具备更优光学性能、更大孔径、更灵活设计的潜力，已有多种方案成功解决加速度灵敏度问题，适合对成本不敏感、但要求高性能的工业应用。
目前来看，两类方案均有应用前景，仍有大量改进空间。但商业化成功还依赖科研文献未充分探讨的关键因素：校准技术与校准传递、温度与长期漂移补偿等。