Miniaturized spectrometers are widely used for non-destructive and on-field spectral analysis. Here we report a tunable MEMS grating-based MEMS spectrometer for visible to near-infrared (VIS-NIR) spectroscopy. The micro-spectrometer consists of a spherical mirror and an electrothermally actuated tunable MEMS grating. The spectrometer detects the dispersed spectral signal with a single-pixel detector by tilting the diffraction grating. The large tilting angle from electrothermal actuation and highly dispersive diffraction grating improves the spectral range and resolution, respectively. The micro-spectrometer was fully packaged within 1.7 cm3 and provides a measurable spectral range up to 800 nm with an average 1.96 nm spectral resolution. This miniaturized single-pixel spectrometer can provide diverse applications for advanced mobile spectral analysis in agricultural, industrial, or medical fields.
마이크로 분광기는 비파괴적으로 현장에서 샘플의 분석을 가능케하여 다양한 분야에서 활용 가능하다. 본 연구는 가변 MEMS 회절격자 기반 마이크로 분광기를 제안한다. 마이크로 분광기는 하나의 구면 거울과 전열 방식으로 구동하는 가변 회절격자로 구성된다. 분광기는 분산된 빛을 가변 회절격자를 통해 스캔하여 단일 픽셀 검측기로 분광 신호를 획득한다. 전열 구동에 의한 넓은 구동 각도와 넓은 분산각을 가지는 회절격자를 이용하여 넓은 분광 범위와 고해상도의 성능을 구현한다. 가변 MEMS 회절격자는 1.7cm3의 부피로 패키징 되었고 최대 800nm까지의 분광 신호를 평균 1.96nm의 분광 해상도로 측정 가능하다. 제작된 단일 픽셀 마이크로 분광기는 라만, 확산 반사 등에 기반하여 농경, 산업, 의료 등의 분야에서 정확한 분광 분석을 위해 활용 가능하다.
