新型MEMS光学开关的设计与分析

发布时间：2019-11-20 18:29

【摘要】：光学开关是一种在民用领域应用广泛的MEMS光路转换元件，具有低能耗、高响应、高精度、低成本等诸多优点，应用范围正从民用领域转向军用领域，并不断向其它领域扩展。 传统的二维平面光路转换光学开关技术已经成熟，但转换范围仅能局限在较小的平面空间，为了提高光学开关的转换范围，本文根据传统光学开关的不足，提出一种能进行三维空间转换的新型MEMS光学开关。通过对多物理场耦合情况下的分析，简化光学开关模型，分析了在惯性力场，静电力场与不同形式阻尼作用下光学开关的物理力学特性，从而为光学开关的设计提供理论基础与参考依据。 使用CoventorWare对光学开关进行系统级仿真与有限元仿真，验证光学开关的结构合理性。通过系统级仿真，为光学开关结构的优化设计指明方向；通过有限元仿真，得出优化后不同结构的各个性能。所有分析包括、电压-角位移分析、灵敏度分析、模态分析、结构优化分析和蒙特卡洛分析等。 本文所设计的MEMS光学开关的有效空间转换角度为5°，额定电压范围为0~25V，灵敏度为0.121°/V，抗最大干扰冲击加速度25g，可以向任何空间方向旋转并满足硅结构强度要求。该开关可大规模布置成光学开关阵列运用在大规模复杂光路中，实现光路在空间中多角度多方向的自由转换，解决传统开关方向的局限性。
【图文】：

MEMS构成

图 1.2 MEMS 微机构与螨虫尺寸比较造工艺：硅与其衍生材料多晶硅等材料，为半导体工艺好的机械力学性能，且其拥有较好的电学性能与热性能量制造：在单位晶圆上，通过采用微机械加工特有工艺结构，不仅大大降低了成本，实现了产业化，并能减集成：MEMS 技术将微小机械结构，光学元件，微流控等诸多物理场形态的部分集成在一个 IC 芯片上，实现性[7]；科交叉：MEMS 技术是机械电子光学流体等诸多不同学造，须将上述各个方面进行统筹的考虑[2]。不仅需要考需要将设计与工艺紧密相联，设计决定工艺，，而工艺
【学位授予单位】：沈阳理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM564;TH-39

【参考文献】

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本文编号：2563663