电磁式MOEMS扫描光栅微镜驱动系统优化设计

基于工农业发展对微型近红外光谱仪的需求,对用于微型近红外光谱仪的电磁式微光机电系统(MOEMS)扫描光栅微镜的驱动系统进行优化设计,从而解决扫描光栅微镜驱动信号大、扫描角度小等问题。通过对构成其驱动系统的线圈匝数、线圈间距等参数进行仿真分析,得到最优参数:驱动线圈在内圈、角传感线圈在外圈且以差分形式排布在驱动线圈两侧,驱动线圈匝数为21匝,角传感线圈匝数为2匝,线圈间距为0.020 mm。实验结果表明:驱动频率为604.4 Hz,驱动线圈电阻为114.537Ω,两端角传感线圈电阻分别为404.820和404.970Ω;驱动电流为5 mA时,偏转半角达到6.321°,机械偏转角达到12.642°,并且角传感器灵敏度为1.4425 mV/°。因此,电磁式MOEMS扫描光栅微镜具有驱动信号小、偏转角度大和灵敏度高的特点。研究结果对于扩大近红外光谱仪的光谱检测范围以及提升检测精度具有实际应用价值。

MOEMS集成波长选择开关的设计及研究

研究一种基于电磁驱动微光机电系统(MOEMS)光开关阵列的串联集成波长选择开关结构,经过理论分析与计算,得出螺旋形线圈在相同电流密度下相比于八边形和四边形线圈能得到更大的电磁力;通过模态分析得到在设计的悬臂结构下,支撑臂响应时间约为22 ms。采用溅射、光刻、腐蚀和电铸等MOEMS工艺完成了光开关悬臂的制作,并通过制作对准标记及采用可见光与红外光相结合的装调方法,完成了1×8阵列的波长选择开关系统集成。经过测试得到,开关上升和下降的时间均约为20 ms,当电流为0.4 A时,支撑臂的挠度为1.28 mm,能达到系统光路转换的目的。该波长选择开关能够在2 V电压下,实现对8个不同波长信道的任意选择,其最大的插入损耗为1.741 dB,信道均匀性达到0.55 dB;插入损耗的测试结果与计算结果较吻合。

采用MEMS工艺制作封装载体的LED封装技术

针对Si C衬底的白光LED技术研究和智能化半导体照明技术发展的需求,基于Si材料的功能特性和物理特性,研究了将Si作为Si C基LED封装载体的相关技术。采用MEMS的加工工艺,设计了精确尺寸的芯片安装腔体和高效率的反射层,抑制了Si本体材料对光的吸收,提高了芯片侧向光的导出效率。通过分析光窗形貌及封装胶折射率对白光LED光效的影响,给出了一个全新的Si C衬底的白光LED封装的技术路线,为LED芯片与驱动一体化封装的实现奠定了技术基础。实现了完整的加工过程和样品制备,测试表明光效大于130 lm/W,热阻小于4.6℃/W。

用于加速度计的硅基拉链光子晶体腔光机系统

基于光子晶体微腔的腔光机加速度计将机械谐振子及高品质因数光子晶体腔相结合,其中的机械振子在机械震荡模式下对微弱力/位移敏感的特性,可以实现极低的噪声水平,理论上能够达到标准量子噪声极限,是高精度加速度计的重要发展方向。对拉链式光子晶体腔光机加速度计的原理和结构特点进行分析,设计了一种应用于加速度计的硅基拉链式光子晶体腔和机械振子结构。分析了拉链腔的结构参数对光学Q值的影响,通过调节结构参数将光腔的谐振频率控制在195 THz附近,并分析了机械振子和光腔的机械谐振特性,光腔的有效质量为30 pg,加上机械振子后有效质量为3.1 ng,光机耦合率达到GHz/nm量级,为基于硅基拉链腔加速度计的制造和表征提供了指导。

非硅基底1×4微机电系统光开关

设计研制了一种小体积、低成本、可扩展的低电压非硅基底 1× 4微机电系统光开关。开关单元由电磁驱动 ,微反射镜绕直径 10 0 μm转轴转动 ,驱动电压为 5V ,开关时间小于 2ms,插入损耗小于 0 .84dB ,具有断电自锁功能。器件构造工艺采用微细电火花加工技术。用有限元法分析受力和磁场 ,进行结构优化设计 。

高精度光学MEMS加速度计研究现状及发展

采用了光学检测技术和MEMS技术的微加速度计,不仅具有MEMS加速度计体积小、功耗低、可靠性高等优点,同时具备光学测量的抗电磁干扰和高精度的优势,是未来高精度加速度计的发展方向。分析了微光机电(MOEMS)加速度计的原理和结构特点,总结了MOEMS加速度计的主流分类和发展趋势。具体分析了光纤布拉格光栅式,法布里-珀罗干涉式、光子晶体纳米腔式以及光栅干涉衍射式加速度计的原理及目前达到的精度指标。对这几种微光机电加速度计的技术特点和主要指标进行了比较,并初步探讨了用于惯性领域中的MOEMS加速度计的发展方向和应用前景。