基于单质量块微纳光栅泰伯效应的双轴MOEMS加速度计

对一种基于单质量块微纳光栅泰伯效应双轴微光机电系统(MOEMS)加速度计进行了设计、加工与测试。利用有限元分析和时域有限差分法分别对双轴加速度计的敏感结构和光栅参数进行仿真优化。在保证加速度计高集成度的同时,为了实现双轴加速度的高精度测量,采用不同周期的两组光栅进行双轴加速度检测,通过磁控溅射工艺将两组光栅结构沉积在质量块的不同区域,最终通过阳极键合方式实现该双轴MOEMS加速度计的制备。实验结果表明,光栅泰伯效应双轴MOEMS加速度计x轴与y轴的灵敏度分别为3.36和3.54 V/g,零偏稳定性分别为25.53和20.91μg@1 s。该研究为实现高精度多轴加速度计提供了一种新的方法。

微纳光栅MOEMS加速度计优化设计与测试

提出了一种基于微纳光栅泰伯效应的微光机电系统(MOEMS)加速度计,通过Comsol软件对加速度计结构和光栅结构参数进行优化,使其在20g量程范围内获得较大的结构灵敏度和衍射效应灵敏度,同时通过仿真分析了该结构的交叉轴串扰情况。由于受外界温度起伏影响,双层光栅结构间距受热膨胀系数的影响产生相对位移。为了减小由于温度起伏对光栅加速度计零偏的影响,采用温度闭环反馈控制技术将加速度计温度变化控制在±10 mK范围内。经实验测试,加速度计零偏稳定性达3.7μg,相较于无温控情况提升了近7倍。最终实现光栅MOEMS加速度计的灵敏度达5.23 V/g,线性相关系数为99.9%,分辨率达286.8μg。

光栅MOEMS加速度计温度特性

由于硅微机械加速度计受温度影响,导致硅弹性模量和热膨胀系数发生变化,造成微光机电系统(MOEMS)加速度计标度因数漂移、测量稳定性下降等问题。首先,采用COMSOL软件对光栅MOEMS加速度计微机械结构部分进行了温度特性仿真,分析了硅弹性模量温度系数和热膨胀系数对光栅MOEMS加速度计微机械结构标度因数和零位的影响。其次,设计了温控精度达0.1℃的温度控制系统,并利用该系统对加速度计进行温度控制。最后,对光栅泰伯效应MOEMS加速度计温度特性展开测试,结果表明,加速度计的标度因数随温度升高而增大,零偏稳定性随温度的升高而降低,加速度计标度因数温度系数为0.30 V·g^(-1)·℃^(-1),零偏稳定性温度系数为-7.78μg/℃,其变化趋势与仿真结果一致。这为实现全温范围下高精度MOEMS加速度计奠定了基础。

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。

基于MOEMS技术的一种F-P光开关的设计与制作

研制了一种用于 WDM光通信系统的多层介质膜 Fabry- Perot腔结构式光开关 ,面积为 1.5 m m× 1.5 m m.光开关采用多层复合膜消除内应力 ,防止产生过度变形 ;中心的十字复合梁有利于提高机械灵敏度 ,降低驱动电压 .体硅腐蚀出的硅杯既减小了光开关的插损 ,又便于端面输入输出光纤的精确对准与固定 ,有效降低封装成本 .制成的开关转换电压为 2 0 V,关态隔离度为 87% ,开态插损为 0 .15 d B.其结构和工艺简单 ,易于与 IC工艺相结合形成规模生产 ,如增加膜的层数便能制成基于 F- P干涉仪结构的滤波器 .

1.55μm MOEMS可调谐光滤波器调谐性能模拟

建立了等效单层梁模型和一维集总模型,用经典力学理论和传输矩阵方法模拟了多层材料构成且具有四臂固支梁结构的1. 55μmSi基MOEMS(Micro Opto Electro Mechanical Systems)可调谐滤波器的调谐特性

MOEMS陀螺的谐振腔设计

微光机电(MOEMS)陀螺代表着微型光学陀螺的重要发展方向,而MOEMS谐振腔的设计是谐振式MOEMS陀螺的核心技术.提出了一种新颖的基于微纳米加工技术的MOEMS空间谐振腔结构,介绍了其工作原理和系统构成.建立了谐振腔的数学模型,并利用MATLAB软件对其重要参数进行了仿真计算及分析.为提高谐振腔清晰度及系统测量精度,优化了谐振腔输入输出镜的技术指标,并在此基础上完成了谐振腔的微加工工艺设计.结果表明:所设计的谐振腔清晰度可以达到346,陀螺极限灵敏度为0.25(°)/h,同时可以有效克服克尔效应、背向散射、偏振等光路噪声的影响.

MOEMS光开关响应时间的分析计算

本文结合静电驱动扭臂式MOEMS光开关 ,给出了响应时间的计算方法 ,得出开关时间的计算公式 .分析了器件几何参数对开关时间的影响 ,给出了开关时间随参数的变化趋势 .通过优化结构给出一组几何参数 ,保证了驱动电压在 10V左右 ,开关时间可以达到 1至 2ms.

MOEMS光开关动力学过程分析

采用静电力驱动方式的MOEMS光开关,从运动机制上来说,是由静电力矩、恢复力矩、空气压膜阻尼力矩以及重力力矩等条件共同作用的结果.对于微驱动器驱动条件的研究,不能单纯地从力矩平衡的角度来分析,应从动力学出发,才能较好地描述其运动过程,得到精确的驱动条件分析结果.本文从MOEMS倾斜下电极扭臂式光开关出发,介绍了动力学分析方法的过程.通过数值求解方程,得到器件的可动部分的运动速度等方面的结果,将其在不同驱动条件下的运动状态描述出来,从而达到确定光开关静电驱动条件的目的.

微光机电(MOEMS)陀螺的技术及发展

提出微光机电(MOEMS)惯性器件技术,对其优势和研究价值进行了理论分析。介绍了国外MOEMS陀螺的工作原理、结构、性能指标及研究状况,初步探讨了微光机电陀螺的应用前景和技术发展途径,以及惯性器件的发展方向。

MOEMS微镜面阵光谱仪的优化设计与实验

MOEMS(micro optical electronic mechanical system)微镜面阵光谱仪主要利用微镜面阵分时选通实现单个探测器光谱测量,具有无需斩波器实现脉冲信号输出,无需机械模板实现哈达吗调制,象元分辨率高,体积小,成本低等优点。针对MOEMS微镜面阵光谱仪设计中,狭缝尺寸与光通量之间的矛盾,本文系统深入的分析该光谱仪微型结构引入的新影响因素,获取最优值,实现光谱分辨率改进。首先,提出了衍射限制,空间采样率和谱面内弯曲对分辨率的影响,模拟仿真,获取最优参数。最后,搭建实验,进行测试。结果表明:微型光谱仪中,谱面内弯曲影响较小;衍射受限导致光谱分辨率无法进一步改善;空间采样率要求光谱光学分辨力至少是象元分辨力的两倍;综合评价的狭缝最优值为1.818μm,象元分辨力为2.278 6nm。

基于MZI光波导的MOEMS压力传感器

集成光学压力传感器利用幅度、相位、折射率分布、光程和光波极化方式的改变来感应外部压力。设计了基于MZI光波导的MOEMS压力传感器,探讨了工作原理,分析了弹性薄膜尺寸对应力的影响和波导中TE、TM模式的光对波导折射率的影响。通过设计弹性薄膜的尺寸(a=2 mm,b=1 mm,h=20μm)和选用波长为1.31μm的单模激光,得到传感器的灵敏度为1.84×10-2kPa,半波压力为85 kPa.

MOEMS低频声传感器的设计与实验研究

MOEMS声传感器是MEMS技术、微光学技术、声传感技术相结合发展的新一代声音传感技术,具有灵敏度高、抗电磁场和射频干扰等优点。针对水下潜艇对空声预警涉及的高灵敏度、低频响应好、微型化声传感器整列,研究了反射光强度调制型MOEMS低频声传感阵元。对MOEMS低频声传感器膜片的振动特性进行了有限元分析,得出振动膜片的几何参数,并对反射光强特性进行了仿真和实验。采用设计的MEMS膜片、850 nm波长的LED光源设计并制作了MOEMS低频声传感器样机,通过实验表明,该传感器低频响应好,灵敏度可达200 mV/Pa,达到了设计要求。

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。

应用于MOEMS器件的K9玻璃湿法刻蚀工艺的研究

介绍了以K9玻璃为基体材料MOEMS器件的湿法刻蚀工艺。选择了光刻胶,铬,氮化硅,ITO等多种材料作为基底材料抗腐蚀的掩膜,利用多种不同成分的刻蚀剂进行了对比刻蚀试验,研究了刻蚀环境温度对保护膜的影响。对比与分析了多种试验结果并对其适用范围进行了适当的评价。

MOEMS器件研究及其应用

近年来,随着光通信突飞猛进的发展,推动了微光机电系统(MOEMS)的发展.MOEMS是将电子、光学和机械器件集成在一起的微型组件或系统,可采用集成电路(IC)工艺进行批量生产,其尺寸在微米至毫米范围之间.这种系统可在微域内实现自动控制、检测、执行任务,并在宏观上实现特定的功能.本文从MOEMS器件的制作工艺、设计及应用等方面作了探讨,对其前景作了展望,MOEMS器件将在光通信、光开关、光数据存储、光互连等领域广泛应用.

MOEMS阵列光开关的微反射镜的制作

通过各向异性湿法腐蚀工艺利用(110)硅片制作了8×8阵列光开关的微反射镜阵列,反射镜面为{111}面,表面粗糙度低于10nm, 垂直度好于用同样的方法在(100)硅片上制作的反射镜.

一种新型谐振式MOEMS陀螺的设计及分析

提出一种新型的利用空间光路敏感Sagnac效应的谐振式MOEMS陀螺,设计了利用微镜构成的光学谐振腔。此结构具有小型化优势,可利用MOEMS工艺进行加工。理论分析了光源及谐振腔参数对陀螺基本探测极限的影响,指导参数设计,得到陀螺的极限灵敏度为1.54°/h。通过模式匹配理论对谐振腔型式进行了改进,减小了谐振腔损耗。进行了谐振腔原理验证实验,观察到谐振曲线。最后对微谐振腔的加工工艺进行了讨论。

倾斜下电极式MOEMS光开关阵列的光路分析及准直技术研究

从高斯光束的传输理论出发,对8×8 MOEMS阵列光开关的光路进行了分析.这种光开关的反射镜尺寸与插入损耗(简称插损)密切相关.为了降低插损并且达到准直长度的要求,对相关参数进行了优化选择.此外,开关中光纤、球透镜以及微反射镜之间的位置及角度偏移均会使插损大大增加,采用自对准技术和凸角补偿方法可以有效提高各个器件之间的对准效果,降低插损[1].

一种新型MOEMS陀螺的提出及理论分析

提出一种新型的光路结构,构成利用空间光路的干涉式MOEMS陀螺。介绍了此种陀螺的基本原理,并从提高基本探测极限的角度,对此种空间光路的各种参数进行了理论分析,提出了设计思路和方法。指出了此种陀螺的特点及其应用领域。