大沖程高表面質(zhì)量MEMS微變形鏡實現(xiàn)技術的研究.pdf

1、自適應光學系統(tǒng)由波前傳感器、波前重構(gòu)器和波前校正器組成，能夠?qū)崟r動態(tài)校正大氣湍流等造成的波前畸變。采用微機械表面工藝制作的微變形鏡作為波前校正器具有體積小、成本低、質(zhì)量輕、響應速度快、便于集成等優(yōu)點。分立式微變形鏡單元分離，間隙很小，便于控制和集成，因此以分立式微變形鏡為研究對象。 本文分析了自適應光學對微變形鏡性能的要求，包括單元數(shù)目、響應頻率、沖程、填充比和表面質(zhì)量。在分立式微變形鏡陣列已經(jīng)確定的情況下，分析了微變形鏡的光機

2、電特性。微變形鏡的響應速度快，能夠很好地滿足自適應光學實時動態(tài)校正的要求。微變形鏡采用表面MUMPs工藝加工，上下兩極板的間距為2.0um，同時受拉入現(xiàn)象影響，限制了波長的校正范圍，只能應用在可見光與近紅外波段。MUMPs工藝中薄膜淀積的保形覆蓋特性造成表面形貌凸起或凹陷，同時淀積工藝使結(jié)構(gòu)層中存在殘余應力和應力梯度，造成鏡面彎曲。這些造成微變形鏡表面質(zhì)量的下降。 對于增大沖程的方法，分析了串聯(lián)電容法和非線性彈性梁法，介紹了杠桿

3、彎曲法、靜電斥力法。通過串聯(lián)電容法分析，串聯(lián)電容是初始電容的一半時，理論上沖程可以達到整個初始間距。串聯(lián)電容法必須很好地控制寄生電容，同時由于不對稱導致的傾斜扭轉(zhuǎn)，實際上沖程只能達到初始間距的60﹪。設計了一種非線性彈性梁，這種非線性彈性梁可以兩次增加彈性系數(shù)，沖程約為初始間距的54﹪。對于MUMPs工藝保形覆蓋特性造成的凸起或凹陷，可以采用版圖平整化設計和化學機械拋光的方法解決。對于殘余應力梯度或應力不匹配造成的鏡面彎曲，可以采用金屬