高能球磨与反应烧结合成YAG∶Ce^(3+)荧光粉的研究

采用高能球磨和反应烧结相结合的方法在1300℃、碳还原气氛下合成了YAG∶Ce3+荧光粉,通过X射线衍射分析(XRD)、场发射扫描电子显微镜图谱(FESEM)、荧光光谱(Ex,Em)研究了反应时间、Ce3+的掺杂量对荧光粉性能的影响。研究结果表明,当反应时间为6h时获得的产物为单一的YAG相,颗粒分布均匀且接近球形;当掺杂Ce3+的摩尔分数x=0.06时,荧光粉的相对发射强度最大。

无交叠垂直梳齿平动微镜的驱动特性

为了设计用于光相位调制器平动微镜的无交叠梳齿驱动器,建立了保角变换数学模型,研究了驱动器的驱动特性。从复变函数理论出发,建立了驱动器的保角变换静电场解析模型;以动齿受力为研究对象,根据不同情形下的动齿受力特点,求解了一定区间内动齿的静电力并与有限元模拟计算结果进行了对比分析。采用微机电系统(MEMS)工艺制作出了无交叠梳齿驱动器,搭建了Michelson干涉仪光学测试系统,测试了无交叠梳齿驱动器的静态驱动特性。实验结果表明,所制作的无交叠梳齿驱动器在28V偏压下机械位移可达325nm,相位差为2π;在90V的偏压下能够获得2.07μm静态位移。测试结果与保角变换及有限元模型分析结果一致,验证了所建数学模型的正确性,为无交叠梳齿驱动器的设计提供了理论与实验基础。

减少静电漂移的高可靠RF MEMS开关研究

RF MEMS开关具有制作工艺简单、易于集成等优点。而目前由电介质膜电荷积累造成的静电漂移及频繁机械碰撞导致严重的可靠性问题阻碍了其嵌入终端射频系统稳定性的提高。因此结构上采用电介质悬空薄膜改善电荷积累问题,并对开关机械结构限位实现开关的动态缓冲,降低高频次的机械碰撞损伤。同时依靠凸台触点结构,减少静电漂移。确立了电介质膜充电、开关寿命的理论模型并预测开关的寿命。结果表明,所设计开关寿命超过12900 h。相比已有RF MEMS开关,在两极板间距及金属梁-电介质膜间距分别相等的情况下,所提出的开关结构,寿命分别提高253倍和166倍,极大地改善静电漂移问题。在52.2 GHz工作频率下,隔离度为-41.31 dB,损耗为-0.25 dB,响应时间为50μs,为高性能、高可靠、长寿命射频开关提供了理论模型。

一种X波段三叉H型低电压RF MEMS开关设计

针对射频电路系统所需要的低电压,高隔离度,低插入损耗的应用需求,通过对开关正对面积对驱动电压产生的影响进行探究,设计了一款应用于X波段三叉H型的RF MEMS开关。开关具有六条悬臂梁作为支撑,通过增大上极板面积来降低开关的开启电压。分别使用HFSS和COMSOL对开关的射频性能和机械性能进行仿真,开关最终优化后,在8-12 GHz内,插入损耗为0.26~0.57 dB,隔离度大于31.30 dB。在10.1 GHz达到最优值,插入损耗为0.40 dB,隔离度为50.25 dB。开关电压在11V时就能够实现状态转换,开关的响应时间为18μs。此开关可与射频可重构器件结合,应用于新一代射频微波领域。

垂直梳齿驱动的大尺寸MOEMS扫描镜

提出了一种采用垂直梳齿驱动器驱动的大尺寸、大扭转角度、低驱动电压微光机电系统(MOEMS)扫描镜。理论分析了垂直梳齿驱动器的工作原理,研究了垂直梳齿的制作工艺,采用体硅加工工艺结合硅-硅键合工艺制作了垂直梳齿驱动的MOEMS扫描镜。制作的扫描镜镜面尺寸为3mm×2mm,谐振频率为1.32kHz。测试表明,该扫描镜镜面具有很好的光学表面,其表面粗糙度的均方根只有8.64nm;扫描镜在驱动电压为95V时可以实现最大2.4°的扭转角度;测得其开启时的响应时间为1.887ms,关断时的响应时间为4.418ms。

纳米氧化锌晶体的分区生长

以ZnO粉和石墨粉为原料,用碳热还原法获得了分区生长的多种形貌ZnO晶体。采用XRD、FESEM、HRTEM、EDS和PL谱等测试手段分别对产物进行了分析表征。结果表明:所得产物均为六方纤锌矿ZnO晶体,但具有不同的晶体形态特征。浅黄色产物主要为四足和两足状ZnO晶须,白色产物为单一片状ZnO晶体。同时初步分析和讨论了产物分区生长的原因和生长机理。

基于超表面和MEMS的结构光投影芯片研究

结构光三维成像中广泛使用的数字光处理(DLP)投影仪存在结构复杂、设备体积大及投影非线性等问题,制约了结构光三维成像在高探测精度、小探测场景领域的应用。提出了一种集成超表面阵列和微机电系统(MEMS)二维扫描平台的结构光投影芯片设计。设计了基于几何相位原理的超表面阵列,用于生成格雷码和相移法混合编码结构光条纹。通过二维扫描平台突破单一静态超表面的限制,实现了基于时间编码的结构光条纹投影。结果表明:所设计的超表面结构对入射光具有良好的线性相位调制能力,光源转换效率为88.61%;生成的相移条纹符合正弦分布特性,很好地解决了DLP投影非线性问题;产生的条纹宽度均匀,最小宽度为2 mm,探测精度可达亚毫米级。有限元分析结果表明:所设计的二维平台的最小模态频率为511.91 Hz,抗干扰能力强,响应时间为2.4 ms,帧率为333 Hz,投影速率高。芯片尺寸为3 mm×3 mm。最后设计了芯片的集成制造工艺流程,为高探测精度、高投影速率微型化投影设备的制造提供了理论模型和系统解决方案。

低电压驱动的MEMS F-P可调光学滤波器研究

基于微机电系统(MEMS)技术,研制了一种新颖的光学腔与静电驱动器分离的Fabry-Pérot(F-P)可调谐滤波器。从光学设计、MEMS结构设计、制造工艺与器件测试等开展了F-P可调谐滤波器的研究,成功制备了工作在以1550 nm波长为中心、调谐范围为40 nm和驱动电压低于30 V的MEMS F-P可调滤波器。测试结果表明,其3 dB带宽为0.5 nm,单模光纤准直器封装的插入损耗低于8 dB,为研制实用的F-P可调滤波器奠定了良好的实验基础。

基于MEMS静电微镜驱动器的光纤相位调制器

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。

基于MEMS微镜的可调光学衰减器

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。