摘要：采用Au/In键合技术并引入凸点层设计,制备了用于光通信领域的二维平行板式静电扭转微镜阵列。相较于其他键合技术,Au/In键合实现了低温键合并与硅通孔技术相容。此外,相对于梳齿驱动,采用平行板电容的扭转微镜有助于实现更高的占空比,便于阵列制造。凸点层的设计提升了键合强度,平均键合强度达8.97 MPa。微镜的实测结果与有限元仿真基本一致,内、外轴分别在13.7 V和18.2 V的直流电压下实现了0.7°的机械转角。

摘要：双光子荧光显微镜的微型化对在体脑部神经活动研究和体内组织病理状态检测具有非常重要意义。本文设计了一种基于电热型扫描微镜的微型化双光子荧光显微镜探头,其微镜设计采用反向串联双S型双层材料结构,通过对微镜四个侧面执行器分别施加周期信号,实现了±3.5°的扫描范围;其光学设计是通过单模光纤导入800 nm飞秒激光,激光经微镜扫描,由光学系统聚焦作用于生物样品,激发样品产生荧光,荧光信号通过采集光路汇集并耦合到多模光纤输出,最后通过显微镜的图像采集系统成像。探头尺寸为26 mm(L)×12 mm(W)×8 mm(H),重量为5.6 g。利用该显微镜探头,对含有不同尺寸凹槽的微结构进行了成像测试,其结果表明,其扫描成像的范围可以实现150μm×150μm,横向分辨率可达到5μm;利用该探头对荧光染色小鼠肾脏冷冻切片进行的成像测试,成功得到了双光子二维荧光图像。基于本装置以及进一步的改进,将有助于构建便携式双光子荧光显微镜,置于活体动物头部,在体进行脑部神经活动研究。

摘要：微镜阵列芯片是大尺寸画面投影显示系统的主流光学图形产生器。针对德州仪器公司的数字微镜芯片中微镜吸合电压较高的问题,本文采用CMOS后端金属互连层制备隐藏垂直梳齿电极驱动的低吸合电压微镜,在CMOS后端工艺中基本完成MEMS微镜阵列的结构制备,然后在CMOS工艺后附加少量的Post-CMOS工艺。我们采用0.35-μm 2-Poly-4-Metal(2P4M)CMOS工艺设计和制造了2种1×8规模集成了隐藏式梳齿驱动器的静电驱动双稳态微镜阵列,并且片上集成了CMOS驱动电路。微镜尺寸为18μm×18μm,像素间距为20μm,占空比为81.0%。采用有限元仿真软件计算了微镜结构的电力耦合特性。在大气环境下,仿真结果表明:具有TiN/Al/TiN扭臂的微镜A的静态吸合电压为19.25 V,具有TiN/Al/TiN扭臂的微镜B的静态吸合电压为3 V。测试结果表明:微镜A典型的吸合电压为21 V,与仿真结果接近。微镜A和B吸合电压正在逐步实现与CMOS电路工作电压兼容,可以将驱动电路与微镜阵列单片集成,从而为实现工艺和工作电压与CMOS工艺全面兼容的数字微镜阵列奠定了基础。

摘要：针对近红外光谱仪由于红外CCD导致的红外光谱仪高成本问题,提出用MOEMS微镜阵列进行光路结构改进,并且解决了红外光谱仪成像像斑不规则从而难以采用MOEMS微镜阵列进行光谱扫描的问题,设计了一种新的分光成像结构。该结构基于全息凹面光栅理论来规则光谱成像的像斑,采用光学设计软件ZEMAX和针对特定像差评判标准的优化算法,按照像斑规则化的要求设计并优化了光路结构。该光路结构中的平场全息凹面光栅工作波长范围为900～1 400nm。对设计结果分析表明:在宽度为50μm缝光源情况下,分光系统的理论分辨率优于6nm,像斑的可用尺寸约为0.042mm×0.08mm。验证实例表明,该设计满足了像斑规则化的要求,可以使用MOEMS微镜进行光谱反射扫描,验证了新型实用化MOEMS微镜阵列光谱仪模型的可行性,在最后对探测器所处位置与微镜最大偏转角的关系进行了分析。

摘要：为适应光谱仪微型化、集成化的发展趋势,详细分析了MEMS微镜应用于微型长波近红外光谱仪的方法和涉及的主要问题,例如分光系统的设计、MEMS微镜的选择、探测器与前置放大电路的设计等。并将50Hz谐振频率、峰峰驱动电压为10V的MEMS微镜、高灵敏度的InGaAs单元探测器,结合立特罗式分光光路,设计和实现了900~2 055nm波段的微型长波近红外光谱仪样机,其中1 000~1 965nm谱段的光谱分辨率介于9.4~16nm之间。采用MEMS扫描微镜技术后,一方面简化了光谱仪中的复杂机械结构,使尺寸可以更小;另一方面实现了单探测器的长波近红外光谱仪,与阵列长波近红外探测器光谱仪相比,成本有所降低。作为应用实例,此样机成功对纯水以及乙醇-水溶液的长波近红外光谱进行了测量,实现了乙醇-水溶液的浓度预测分析,其中本样机测量的纯水长波近红外光谱与文献相符。

摘要：为了实现对电磁悬浮微镜绕轴向-180°到+180°角度的旋转控制.对该系统所采用的电磁悬浮、静电驱动、转角闭环控制等进行研究。首先,设计和制造了电磁悬浮微镜的定子和转子结构。接着,对通过线圈的电流频率、电流大小与悬浮高度的关系进行仿真和实验,实验结果和仿真结果基本一致。然后,在分析变电容驱动原理的基础上,进行旋转控制实验,说明在按相序通电情况下,转子能实现旋转。最后,介绍了采用高精度的电容检测的转角闭环控制系统。实验结果表明:在激励电流峰-峰值是0.5 A,激励频率为20 MHz时,转子悬浮到100μm高度,能够实现指定角度的控制,基本满足电磁悬浮微镜的控制要求。

摘要：设计了带有折叠弹簧的静电驱动光开关水平扭转微镜,利用折叠弹簧代替直扭梁,增加扭梁的长度,有效降低微镜驱动电压。微型铰链结构使微镜保持在单一扭转工作模式下,其弯曲模式的影响可以忽略。利用MATLAB 7.0进行仿真分析,获得微镜驱动电压与扭梁长度的关系曲线。利用ANSYS 8.0获得了折叠弹簧式微镜结构的模态分析和谐响应分析结果,其工作模态频率约为1.77 kHz,远低于其他非工作模态频率。微镜结构的谐振频率约为1.8 kHz,能满足MEMS光开关对开关响应时间的要求。

摘要：设计并制作了一种基于微光机电系统(MEMS)微镜的可调光衰减器(VOA)。其中微镜的谐振频率为11.26kHz,采用垂直梳齿驱动器驱动。微镜采用体硅微加工工艺在绝缘体上硅(SOI)片上制作。采用制作的微镜和双光纤准直器装配成VOA,衰减器在扭转角度为0.3°时驱动电压只有4.4V,开启和关断时的响应时间分别为1.67ms和2.74ms,插入损耗为0.6dB,最大衰减值为40dB。

摘要：设计并制作出了一种基于MEMS静电微镜驱动器的光纤相位调制器。MEMS静电驱动器采用垂直梳齿驱动技术,驱动硅微反射镜沿其法线方向的垂直平移运动以实现入射光波的光相位调制。MEMS静电微镜驱动器与光纤准直器耦合构成MEMS光纤相位调制器,避免了拉伸光纤或改变折射率的困难,具有MEMS技术批量制造、低成本等优势。采用MEMS工艺成功制作出MEMS光纤相位调制器,并实现Michelson光纤干涉仪。利用ASE宽带光源对光纤相位调制器的静态调制特性进行测试,采用Michelson光纤干涉仪对光纤相位调制器的动态调制特性进行测试,结果表明,MEMS光纤相位调制器50V偏压实现了1 550nm光波的2π相位调制,当器件谐振频率为7.15kHz以及交、直流电压幅值分别为12.5V时,响应幅值可达6.8μm,可以实现多个2π的相位的正弦调制。

摘要：提出了一种利用静电力制动扭转梁带动微镜旋转,从而实现二维开关功能的MEMS光开关.使用ANSYS和COVENTOR软件对器件结构进行了模态、静态和瞬态分析,并对微镜制动梳齿的位置、器件的尺寸和扭转梁结构进行了优化.通过在微镜下方设计大空腔实现微镜90°的大角度扭转,使用新型衬底梳齿和结合扭转梁设计实现高静电制动效率,将制动电压降至18V.引入背面梳齿提高开关响应速度,模拟结果表明,光开关具有毫秒量级响应时间.与其他设计相比,该设计的微镜具有扭转角度大、制动效率高且开关速度较快的优点.