基于MEMS技术的全光热成像芯片与系统的研制

提出了一种新颖的非致冷光读出热成像芯片的设计,其核心部分是一个m×n的可动微镜阵列,可动微镜是由双材料弯折梁及其所支撑的微镜面组成.在红外辐射的作用下,梁发生弯曲带动微镜面发生的位移变化对输出可见光的强度进行调制,即利用光调制原理完成光信号转换和增强.采用体硅MEMS技术,成功地制作出了5 0×5 0的可动微镜阵列.测试表明:工艺一致性和残余应力对释放前后可动微镜表面粗糙度与平整度、可动微镜间初始相位以及可动微镜灵敏度的大小产生了重要影响     

32×32微镜阵列的ANSYS模拟和制造工艺研究

基于ANSYS软件模拟设计了单元镜面面积为60×60μm2的32×32元微反射镜阵列,其工作频率可达到30KHz,最大扫描偏转角度为±10°,响应时间少于30μs。同时提出了一种基于表面薄膜工艺的加工方法,成功制作了该32×32元的微镜阵列,并进行了初步测试。     

具有多运动自由度的新型多功能微镜

基于多层硅表面微加工技术,设计并制造了一种全新的微镜结构,它由底电极层、支撑层和镜面层构成.支撑层采用对称布置的双T型梁结构,能提供垂直方向的平动和绕两水平轴的转动,从而实现微镜对入射光的强度调制和相位调制功能.测试结果表明,微镜能获得最大2μm的平动范围,同时其绕两水平轴的转动角度分别为±2.3°和±1.45°.此外,通过进一步增大牺牲层的厚度,可以很容易地使微镜获得更大的变形范围.     

用于大型低温环境下多目标光谱仪的微镜阵列

下一代空间天文仪器与地基望远镜需要基于MOEMS的可编程狭缝模具．该模具用于必须工作在低温环境下的多目标光谱仪（MOS）。1个5x5单晶硅微镜阵列（MMA）的初等模型已经成功地制作与检测。100μm×200μm微镜可以通过静电驱动倾斜,产生20~机械倾角。在低温制冷前后温度低于100K的情况下,微镜阵列已经被成功驱动。1个微镜阵列包括2个不同的芯片：镜面芯片与电极芯片,分别制作在硅绝缘体基片上。为了组装大型阵列（100×200微镜）．需要高精密的装调与人工处理抑制。本文为此装置发展了1种组装技术,并设计与制作出专用的XY朋斜平台。这个平台允许以微米量级的精度向微镜方向调准电极。大型100×200微镜阵列可以用于大视场,测量范围为25mm×25mm。通过使用上述设备,已经成功地制作和组装了微镜阵列,并且未检测到组装引起的变形。检测到的微镜形变的峰谷值为14nm,已经进行了初步的驱动测试。     

具有光纤自定位保持结构的2×2扭转微镜光开关阵列的制作和机电特性

应用基于表面硅、体硅微电子工艺的混合微加工技术,制作了新型2×2扭转微镜光开关阵列,并研究了其在外加静电场和交变电场中的机电特性.当该光开关中悬挂多晶硅微镜的弹性扭转梁的厚度约为1μm时,驱动微镜以实现其"开"状态的拐点静电电压为270～290V,而维持微镜"开"状态的最低保持电压在55V左右.理论分析表明,在关于该光开关结构的一系列设计参数中,拐点静电电压对于弹性扭转梁的厚度最敏感.该光开关的开关寿命超过108次,而其开关时间预计小于2ms.对单片集成制造在该光开关阵列芯片上的两种新型光纤自定位保持结构的力学分析表明,它们具有光纤自固定、自对准的性质.     

具有光纤自定位保持结构的2×2扭转微镜光开关阵列的制作和机电特性

应用基于表面硅、体硅微电子工艺的混合微加工技术,制作了新型2×2扭转微镜光开关阵列,并研究了其在外加静电场和交变电场中的机电特性.当该光开关中悬挂多晶硅微镜的弹性扭转梁的厚度约为1μm时,驱动微镜以实现其"开"状态的拐点静电电压为270～290V,而维持微镜"开"状态的最低保持电压在55V左右.理论分析表明,在关于该光开关结构的一系列设计参数中,拐点静电电压对于弹性扭转梁的厚度最敏感.该光开关的开关寿命超过108次,而其开关时间预计小于2ms.对单片集成制造在该光开关阵列芯片上的两种新型光纤自定位保持结构的力学分析表明,它们具有光纤自固定、自对准的性质.     

光学读出热成像焦平面阵列的制作技术

光学读出热成像是一种新型的红外成像技术,它基于双材料效应和光学原理实现像转换与像增强,具有高性价比的潜在优势.光学读出热成像焦平面阵列由可动微镜阵列构成,其制作技术是光学读出热成像技术的重要研究内容之一.目前,国内外的研究者已发展了基于表面微机械、体微机械以及表面,体微机械工艺的3种制作技术,前两者各有优缺点,而基于表面/体硅微机械工艺的制作技术则兼顾了前两者的优点.     

具有多运动自由度的新型多功能微镜

基于多层硅表面微加工技术,设计并制造了一种全新的微镜结构,它由底电极层、支撑层和镜面层构成．支撑层采用对称布置的双T型梁结构,能提供垂直方向的平动和绕两水平轴的转动,从而实现微镜对入射光的强度调制和相位调制功能．测试结果表明,微镜能获得最大2μｍ的平动范围,同时其绕两水平轴的转动角度分别为±2.3°和±1.45°．此外,通过进一步增大牺牲层的厚度,可以很容易地使微镜获得更大的变形范围．     

16×16光开关微镜阵列

设计、制造和测试了一种实现16×16 MEMS光开关的高反射率、大角度静电扭转制动型微镜阵列.该阵列的微镜可进行90扭转并保持稳定的扭转状态以对入射光进行导向.针对微镜的扭转驱动特性,提出了相应的机电模型.通过单片集成光纤槽,实现了光纤.微镜.光纤的无源对准.测试结果表明,微镜反射率为93.1%～96.3%,最低插入损耗为2.1dB,另外,在经过15min的5～90Hz,3mm振幅的振动测试后,光开关的插入损耗的改变值仅为±0.01dB.     

16×16光开关微镜阵列

设计、制造和测试了一种实现16×16 MEMS光开关的高反射率、大角度静电扭转制动型微镜阵列.该阵列的微镜可进行90扭转并保持稳定的扭转状态以对入射光进行导向.针对微镜的扭转驱动特性,提出了相应的机电模型.通过单片集成光纤槽,实现了光纤.微镜.光纤的无源对准.测试结果表明,微镜反射率为93.1%～96.3%,最低插入损耗为2.1dB,另外,在经过15min的5～90Hz,3mm振幅的振动测试后,光开关的插入损耗的改变值仅为±0.01dB.