光读出热成像芯片的优化设计与ANSYS模拟

利用一种近似理论——悬臂梁理论对光读出热成像芯片进行了优化设计 ,所采用的 Al/ Si O2 双材料体系 ,其关键性能指标——热 -机械灵敏度可达 6 .6 0× 10 - 8m/ K,与之相对应的最优厚度比为 0 .6 .同时 ANSYS模拟表明 ,可动微镜热 -机械灵敏度为 2 .80× 10 - 8m/ K.芯片实测热 -机械灵敏度为 2 .0 2× 10 - 8m/ K,测试结果进一步证实了理论分析与 ANSYS模拟的结果 .理论计算表明 ,可动微镜热响应时间常数为 4 .4 5× 10 - 4s.     

一种新颖的基于MEMS技术的光读出热成像系统性能分析与制作

提出了一种新颖的光读出红外热成像系统设计 .该系统利用光学读出技术将红外图像直接转化为可见光图像 ,其核心部件是一个基于微电子机械技术 (MEMS)制作的法布里 泊罗 (Fabry Perot)微腔红外探测器列阵 (F PMCIRDA) .通过对Au/SiNx双材料体系的理论分析 ,得出了可动微镜的最大热 机械灵敏度、机械 光灵敏度及其温度响应分别为 6 .4 7× 10 -9m/K、1.5 3× 10 8m-1、2 .0 5× 10 -4.对系统噪声分析表明 :在目前的设计中 ,系统的噪声等效温差 (NETD)为 5 .1K ,而其极限值有望达到 5 8mK .采用体硅MEMS工艺 ,制作出了 5 0× 5 0的Fabry Perot微腔列阵 .实验表明 ,在红外辐射作用下 ,可动微镜有明显的位移 ,验证了工作原理     

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50×50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.     

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     

灵敏度可调的光学读出非制冷热像元设计

设计了一种可见光反射型光学读出非制冷热像元结构。理论分析表明热像元的热-机械灵敏度达到0.043deg·K-1,在热像元面积比已有报道减小75%的情况下,热-机械灵敏度反而提高至少79%。通过改变弯折梁底层金膜的面积来调节热像元的灵敏度,使其可在2.36×10-6rad·m2·W-1和9.21×10-6rad·m2·W-1之间变化。ANSYS仿真结果和理论结果吻合较好,验证了设计的正确性。     

一种非致冷光读出红外成像阵列器件的设计

提出了一种具有"双材料梁-微镜一体化"特征结构的光读出红外成像阵列器件.该特征结构集成了红外敏感、调制和输出读出可见光信号的双重功能.通过研究相关性能,完成了像素单元尺寸的优化设计.理论计算表明,其关键性能指标的热一机械灵敏度和噪声等效温差分别为2.14×10-3 rad/K和2.94 mK.     

MEMS热风速计流固耦合模拟

通过设置流-固耦合面和固-固耦合面,采用ANSYS软件对MEMS热风速计进行了有限元模拟,基本解决了热风速计有限元模拟中遇到的多物理场耦合问题.通过对不同风速,不同风向情况下的风速计芯片的热分布进行了模拟和分析,得到了一些有助于芯片设计的结论.最后,为了验证模型的正确性,进行了实验测量.实验数据与模拟结果基本相符,误差在8%以内.     

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。     

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.     

激光二极管侧面抽运平板Nd:LuVO4晶体热效应

在解析热分析理论的基础上,建立了平板Nd:LuVO4激光晶体在激光二极管阵列侧面抽运时的导热微分方程.通过对方程的求解,得到了Nd:LuVO4晶体内部温度场解析式,热形变场分布、温度场和热形变场的数值模拟表明,当抽运光功率为40W,抽运区域为1 mm×4 mm时,晶体在x方向的最高相对温升为11.63 K,y和z方向的最高温升为11.00 K;在x,y,z三方向上的热形变量分别为0.050μm,0.034 μm和0.48μm.这一结果可为Nd:LuVO4激光器设计提供理论支持.