微机电系统光开关的扭臂式静电驱动结构设计

基于扭臂式静电驱动微执行器的基本模型,运用力矩法推导出该结构的Pull-in电压和角度,并设计了用于微机电系统(Micro Electronic Mechanical System,MEMS)光开关的单晶硅扭臂式静电驱动结构参数.在所选结构参数下,运用力电耦合分析方法,研究了空气阻尼作用对扭臂式静电驱动结构Pull-in电压的影响.对所设计的驱动结构,考虑空气阻尼作用时,Pull-in电压增大约7%.对单晶硅扭臂式静电驱动结构进行应力分析得到,当上下极板发生吸合时,结构应力均匀分布在上电极,且扭臂的最大内应力仅为72.848MPa,远小于单晶硅的屈服强度,整个驱动结构的设计是稳定可靠的;用力矩法推导出的该结构的Pull-in电压适用于该微静电驱动系统.研究结果为扭臂式微驱动器参数选择提供了依据.

扭臂式静电微驱动器的pulli-n现象分析

从扭臂式微驱动器模型出发,分析了器件在静电驱动条件下pulli-n现象的产生条件,并给出公式化结果。讨论了器件的几何结构参数对于pulli-n现象的影响,并对具体结构的器件给出了pulli-n角度和pulli-n电压等方面的分析结果。对于特定的扭臂结构,pulli-n角度为悬臂梁最大扭转角度的44.04%,且与扭臂的结构参数无关。

空气阻尼对扭臂式静电驱动结构pull-in电压的影响

基于扭臂式静电驱动结构的基本模型,在忽略和考虑空气阻尼作用的两种情况下,分别采用能量法和力电耦合分析方法得到扭臂式静电驱动器的pull-in电压。通过对比两种情况下的pull-in电压,得出了驱动结构参数变化时空气阻尼作用对pull-in电压的影响。结果表明,在一定范围内,随着上电极长度、上电极宽度的增加以及上下电极之间间距的减小,空气阻尼作用对pull-in电压的影响逐步增大;并且当上电极宽度增大或者上下电极之间间距减小到一定程度时,空气阻尼作用力甚至可以与驱动的静电力达到同一数量级,此时必须考虑空气阻尼作用的影响。

低电压缴反射镜型微机械光开关的设计与制作

利用 (1 0 0 )硅片和偏 2 5°的 (1 1 1 )硅片制作了静电驱动扭臂结构微反射镜型 2× 2光开关。微反射镜、自对准V型槽和扭臂结构是在 (1 0 0 )硅片上制作的 ,反射镜与光纤槽之间靠晶向自对准 ,反射镜与光轴垂直度较好。在偏 2 5°的 (1 1 1 )硅片上制作倾斜下电极结构 ,实验测得的 pull in电压为 1 3 2V ,几乎比平面下电极的 pull in电压降低一半。采用准直光纤耦合 ,开关的插入损耗小于 1 4dB ,串话小于 - 5 0dB。