MEMS扫描镜机电特性测量系统的设计

本文在微机电(MEMS)技术上设计并加工出了一种新型基于SOI工艺的谐振式微扫描镜,设计了MEMS扫描镜机电特性测量系统,对MEMS扫描镜的工作原理、机电特性、系统测量方法、系统方案实现和系统精度评定等方面进行了研究.首先,介绍了MEMS扫描镜的工作原理,对其结构设计及机电特性进行了研究.其次,研究了MEMS扫描镜的频...     

微机电系统发展动向

微机电系统（MEMS）自1988年迄今，已从初期的探索、研究和创新阶段转向了生产与应用的成熟阶段．与此同时开辟了很多新领域．对于在今后5—10年中MEMS研究和发展的动向，专家们因其背景不同而看法各异，笔者选用现有实例来说明．从现在的趋势看，传统微机电系统的未来动向可以概括为4个方面．①把“传统”的、成型的MEMS元件或系统改进后，推向大规模应用，以支持持久的研究和开发；②传感器和微系统网络，当单一效能的系统在应用上建立后，可以开拓大型系统的应用；③新的材料，使用硅或半导体以外的许多材料制作特殊的微系统；④发展新的应用领域将是“非传统”的MEMS的主要动向，这些新的领域有生物研究和医药用仪器设备，微能源无线通讯和光通讯，环境保护和监测，以及纳米系统等．笔者根据一些从事MEMS教育和研究的人员的看法．对其发展动向作一简要报告，为MEMS计划工作者提供一些参考．     

基于模糊图像合成技术的MEMS平面微运动测试技术

随着微电子机械系统(MEMS)研究的深入和产业化的需求，捡测技术在其中的重要性越来越大．基于机器微视觉的MEMS动态测试系统．利用模糊图像合成技术对MEMS的平面微运动特性参数进行提取和分析．利用图像处理方法对MEMS谐振器做扫频和扫压测量，获得了MEMS器件的平面微运动特性，并对测量结果进行了分析和讨论．由实验结果可以看出，这种方法有较高的测量精度，测量重复性误差为100nm．     

新型静电驱动双向平动MEMS变形镜(英文)

设计了一种新型静电驱动双向平动的MEMS变形镜,其结构包括3部分:中央下电极,4个静电驱动杠杆结构以及反射镜面(上电极).该变形镜有两种驱动模式:向下驱动模式和向上驱动模式.在向上驱动时,4个杠杆结构实现了位移的放大;向下驱动时,利用了非线性弹性系数法扩展了镜面的平动范围.采用表面硅工艺完成了变形镜的加工.通过白光干涉仪对变形镜的测试表明:在向上驱动模式下,变形镜在驱动电压为31 V时位移达到1.1μm;在向下驱动模式下,变形镜在6 V的驱动电压下位移达到1.1μm.变形镜的总行程为2.2μm,达到了同样工艺下传统变形镜的3倍左右.     

压电驱动MEMS光学扫描镜的研制

为实现高速大角度光学扫描,研制了一种新型压电陶瓷驱动MEMS光学扫描镜．将两块压电陶瓷分别放置在扫描镜背面两侧作为驱动,通过简单的扭转梁结构把两块压电陶瓷沿相反方向上下振动转换成镜片的扭转振动．采用MEMS体硅工艺及微装配技术,制备出器件样品．经测试,大气压下,研制出的扫描镜扫描谐振频率可达21．9kHz,施加200V交流电,谐振态的光学扫描角度为21．8°．测试数据表明该器件适用于激光打印、务形码扫描及微型激光投影显示等领域．     

压电厚膜驱动的高刚度微变形镜的制备

研究制备了一种压电厚膜微变形镜,微变形镜的连续薄膜式单晶硅镜面由61单元压电厚膜致动器阵列驱动.以镜面冲程与工作频带宽为目标,对微变形镜的结构参数进行优化设计,根据优化参数采用硅微加工技术试制了61单元致动器的微变形镜.镜面、压电陶瓷与弹性支撑层厚度分别为100μm、60μm与60μm,单元间距为5mm,通光口径为40 mm.对制备的样品性能进行了测试,微变形镜在100 V电压驱动下变形量约为2.84μm,工作带宽大于10 kHz.测试结果还表明压电厚膜驱动的微变形镜拥有较高刚度,有利于提高镜面初始平面度.     

基于锆钛酸铅薄膜的变形镜微致动器

以锆钛酸铅（PZT）薄膜作为驱动材料,制备了变形镜的微致动器阵列．使用有限元软件对致动器进行了模拟仿真,得到了驱动器上电极尺寸、Si弹性层厚度等参数对致动器性能的影响,获得了最优化的致动器结构．以钙钛矿相的镍酸镧（LNO）作为PZT薄膜在Pt衬底上生长的缓冲层,增强了PZT薄膜的（100）取向,减小了PZT薄膜的内部应力,提高了致动器的驱动性能．最终制备出的1μm厚PZT薄膜驱动的变形镜微致动器,在10V直流电压的激励下,具有2．0μm的变形量．以PZT薄膜作为驱动材料制备的变形镜微致动器阵列,对变形镜致动器的微型化和系统集成度的提高具有重要意义．     

微机电器件的稳健设计

微机电系统（MEMS）是一个新兴的跨学科研究领域,成本和可靠性是MEMS商品化的关键。与传统的机械加工和IC加工相比,MEMS加工的尺寸偏差比较大,而且很难控制,因此需要在设计过程中充分考虑加工的不确定性。稳健设计可以在不提高制造成本的前提下提高设计方案的稳健性。稳健优化设计方法主要包括 Taguchi方法和基于容差模型的方法,后者特别适合于处理带约束的优化设计问题。以微加速度计和微阀为例给出了稳健设计在MEMS设计中的应用,验证了稳健设计可以显著提高MEMS器件的信噪比。     

微系统研究的思考和单芯片RF-MEMS研究进展

微光机电一体化系统简称微系统,是当今技术发展的前沿领域之一.微系统技术的发展将大大地促进许多产品或装置微型化、集成化和智能化,成倍地提高器件和系统的功能密度、信息密度与互连密度,大幅度地节能降耗,有广阔的应用领域和市场.文章阐述了微系统研究的意义以及微系统基础研究的重要性,概述了用于无线通信设备的MEMS器件的性能,指出了MEMS技术是最终实现单芯片机电一体化无线收发系统的根本途径之一,介绍了用于无线通信网络的单芯片机电一体化的微系统研究进展情况.     

环形阵列微变形镜两种设计准则的分析比较

在波前校正中,环形阵列的分立式微变形镜充分利用了各个单元。环形阵列的分立式微变形镜有等单元面积和等单元宽度两种设计准则,以37单元环形阵列微变形镜为例,从校正波前适配误差和校正后剩余波前的Strehl比两方面对两种设计准则进行比较。结果表明,采用等单元面积设计的环形微变形镜校正畸变波前的性能更好。特别是波前畸变严重时,这种效果更加明显。     

基于MEMS技术的自适应光学系统的研究

用自适应光学系统来校正由大气湍流等产生的波前畸变,能够得到很好的效果.通过对自适应光学系统的工作原理进行研究,提出了一种基于MEMS技术的微小型自适应光学系统校正波前畸变的方法,将MEMS技术应用于变形反射镜,并构建了具体的实验平台,用来校正一种人为产生的波前畸变,且阐述了具体的实验过程.实验结果表明,基于MEMS技术的自适应光学系统能够很好地闭环校正波前畸变,且其体积小、质量轻、校正性能稳定,为自适应光学技术在星载相机上的应用提供了依据.     

Comparative analysis of Zernike aberrations generation with deformable mirrors for ocular adaptive optics

The micromachined membrane deformable mirror (MMDM) and piezoelectric deformable mirror (PDM) are two types of cost-effective deformable mirrors (DMs) that are widely used in ocular adaptive optics. In the current study, a 59ch MMDM and a 37ch PDM are tested and compared in generation of Zernike aberrations which are the most dominant of the human eye. The results reveal that although PDM performs better in larger scope, both DMs have almost similar performance if the individual generation coefficient is within the range of ±1 µm.     

一种新型微变形镜键合技术

对一种新型可变形反射镜加工中的硅-玻璃阳极键合工艺进行了研究。设计了一种通过导线将压焊点引至键合区的特殊结构,使得键合过程中台柱与驱动电极保持等电势,从而有效避免了电极和结构之间的相互作用所引入的缺陷,使得最终获得的驱动电极的有效面积接近100%。针对键合前后气体体积收缩导致的镜面凹陷问题,提出在玻璃上加工出贯穿器件的浅槽结构。实验结果表明,在380C,1atm的环境下施加-1000V电压进行阳极键合时,当浅槽深度大于200nm时,将获得较好的镜面质量。     

The influence of high-frequency phase and correction distance on the phase correction effect

By studying the propagation characteristics of the wavefront phase of laser beams in adaptive optics systems, the influence of the high-frequency phase on the correction effect has been analyzed and the variations of correction effect with the position of optical deformable mirror have been analyzed quantitatively. The results show that the beam quality of the corrected beam in far field obviously degrades with an increase of high-frequency phase in a distorted wavefront, and the correction effect becomes worse and worse. In addition, the correction effect is related to the position of the deformable mirror; with an increase of the distance between the deformable mirror and the output mirror of the laser the correction effect is better. For a deformable mirror with a given unit size, when the distance of correction is more than 20?m the correction effect is perfect.     

大行程变形镜有限元分析

针对自适应光学系统对变形镜行程的更高要求,本文对提高变形镜行程技术进行了分析,提出了一种解决变形镜大行程的方法:匹配、优化变形镜的结构参数;利用有限元软件分析了该结构的各参数对变形镜主要性能指标:最大变形量、交连值及最大应力等的影响.根据分析结果,利用有限元分析方法对一自适应光学望远镜所用变形镜的镜面、驱动器结构参数进...