基于微光机电系统的微光学自适应微镜的研究

摘要

传统自适应光学利用大镜面的形变等方法来实时校正因大气扰动等原因所引起的波前畸变，从而获得清晰成像。但由于单元变形镜面大，控制复杂，额外增加系统的体积、重量和功耗，已无法满足现代航空航天领域中小型化的要求。微光学自适应系统是微结构光学与传统光学融合的新型微光学系统，以最小的体积与轻巧的结构，实时校正波前及相差，实现复杂环境下清晰成像。随着微光机电技术的发展，单元尺寸为微米级的微变形镜阵列的制作已成为可能。将它们应用于气动光学校正中，则可实现系统的轻小型化及低功耗，且成本低，适合批量生产。 本文提出了一种基于微光机电技术的可调焦微光学自适应微反射镜。可调焦微反射镜基于“双金属效应”，利用热应力改变镜面曲率，从而形成变焦。与传统自适应微反射镜相比，采用该原理制作的可调焦微反射镜具有驱动电压低和驱动力较大的优点，而且制作简单。以硅为基底进行了表面热氧化、光刻显影、HF酸刻蚀、KOH湿法刻蚀，蒸镀铝膜等微加工工艺的研究。获得硅铝双金属可调焦微反射镜4×4阵列，单元尺寸3×3mm<'2>，单晶硅基底厚6μm，硅表面溅射的铝膜厚150nm。该微镜的镜面填充率为100％，可变形镜面占总镜面面积的79％。利用激光波面干涉仪对可调焦微反射镜的动态性能进行了测试。实验表明，该微镜可产生单向连续变形，最大变形量15.8μm，非线性滞后27％，工作电压0～2.5V，可调焦范围∞～0.036m。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1课题背景

1.2自适应变形镜研究现状

1.2.1传统自适应光学系统

1.2.2微光学自适应系统

1.2.3变形镜

1.2.4驱动器

1.3本课题研究内容

1.4课题创新点

第2章微光学自适应微镜的设计

2.1工作原理

2.2理论依据

2.3设计方案

2.4有限元分析

第3章半导体微加工技术

3.1图形技术

3.2薄膜技术

3.2.1氧化

3.2.2真空蒸发

3.2.3溅射

3.2.4化学气相沉积

3.2.5扩散与离子注入

3.3刻蚀技术

3.3.1湿法刻蚀

3.3.2干法刻蚀

第4章微光学自适应微镜的制作工艺

4.1工艺设计

4.2工艺实现

4.2.1硅片尺寸测量

4.2.2热氧化

4.2.3掩模版

4.2.4光刻

4.2.5 HF酸刻蚀

4.2.6 KOH刻蚀

4.2.7蒸镀铝膜

4.3实验技术条件

第5章微镜性能测试与分析

5.1变形反射镜的主要性能

5.1.1校正单元数

5.1.2最大变形量、灵敏度和滞后

5.1.3表面面形精度及其稳定性

5.1.4面形响应函数和交连值

5.1.5频率响应特性

5.2静态性能

5.3动态性能测试

5.3.1测试原理

5.3.2实验数据及分析

5.4优缺点分析

第6章总结与展望

6.1总结

6.2应用前景展望

参考文献

攻读硕士学位期间主要的研究成果

致谢