多台阶平板静电驱动的高占空比微镜阵列的研制

为了在限定驱动电压下获得大镜面尺寸、大扭转角度的微镜阵列,提出了一种多台阶平板静电驱动结构的微镜阵列。理论分析了多台阶平板结构与平行平板结构在静电驱动时的区别。研究了多台阶平板结构的制作工艺并采用体硅加工工艺制作了多台阶平板静电驱动的微镜阵列,获得了微镜面尺寸达到600μm×200μm,包含52个微镜面排布,占空比高达97%的微镜阵列。测试表明,制作的微镜面结构在驱动电压为164 V时可以实现最大1.1°的扭转角度,相对于传统的平行平板静电驱动结构大大降低了驱动电压。

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。

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。

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。

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。

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。