[發明專利]SMA驅動的雙穩態反射鏡平動式光柵光調制器及其陣列

有效

• 申請號: 201410116373.5
• 申請日: 2014-03-26
• 公開（公告）號: CN103955056A
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發明（設計）人: 張智海;路遠;張文凱;高玲肖
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G02B26/08
• 分類號: G02B26/08;B81B3/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及光調制器技術領域，具體涉及一種光柵光調制器及其陣列。?

背景技術

MOEMS（Micro-Opto-Electro-Mechanical?Systems,微光機電系統）技術是MEMS(Micro-Electro-Mechanical?Systems，微機電系統)技術和光學技術的進一步融合，具有天生的優勢，它可以實現微型光學元件和控制電路的集成，具有可大批量制造，單位成本低，體積微小，響應速度快，性能可靠等優勢。目前，基于MOEMS技術制造的光調制器以其優良的性能獲得高速的發展和廣泛的應用，典型的有美國德州儀器公司的數字微鏡器件DMD和硅光機械公司的光柵光閥GLV，他們在投影顯示、自適應光學、傳感器、光通信、微型化光學平臺等方面也得到了廣泛應用。利用MOEMS技術實現對光的強度、相位、偏振的操作和控制而衍生出的更多更廣的功能性開發，已成為該領域的重要應用研發趨勢。由重慶大學提出的基于MOEMS的光柵光調制器，利用光柵衍射原理實現光學調制在投影技術應用上取得了豐碩研究成果，但現有的光柵光調制器，如重慶大學提出的申請號為200510020185.3的中國發明專利中公開的反射鏡平動式光柵光調制器，對上下反射面的間距的控制要求比較高，在不加電和加電兩個位置容易隨著驅動電路電壓波動形成位置漂移，造成上下反射面的間距參數與設計參數存在差異，不能獲得預期的衍射效果。特別是在施壓電壓情況下，梁停留在下拉位置的某一高度是靠驅動電壓決定的，而如果要在非接觸工作方式下拉時保持光柵位置懸空在某一高度不變，就要一直保持施加恒定的電壓，對驅動電路的穩定性要求較高，增加了驅動電路的復雜度。另外，在長期使用過程中，當靜電下拉由于干擾出現下拉過度造成吸合現象后，一旦平動式光柵光調制器上下表面間的范德華力、陷阱電荷積累產生的靜電力等表面力超過懸臂梁的彈性回復力，在沒有其它向上的外加拉力的情況下，容易造成粘附使得器件無法再彈起而失效。但如果改變器件工作方式，使得下拉時平動式光柵光調制器上下表面接觸，雖然保證了器件位置穩定而無漂移，可是更加容易造成器件粘附失效。另一方面靜電驅動要獲得大行程的位移，通常要較高的驅動電壓，為了和現有常規數字芯片驅動電路兼容而降低驅動電壓的折中方法就是降低懸臂梁的剛性，這更增加了疲勞和粘附的可能。?

在MOEMS器件常用的驅動中，電磁驅動和疏齒驅動由于結構太大不適用于光柵光調制器，形狀記憶合金SMA驅動，與壓電、靜電、熱氣等驅動方式相比，具有做功密度大、可恢復應變大、變形回復應力大、驅動電壓低等優點，但用于光調制器必須和器件具體結構綜合考慮設計，才能夠有好的效果，而本專利出發點正是將反射鏡平動式光柵光調制器的垂直平動進行光學調制的特性與SMA的形狀記憶產生穩定的雙穩態開關結果有機結合起來，以解決光柵光調制器的工作穩定性和粘附失效問題。?

發明內容

有鑒于此，為了解決上述問題，本發明提出了一種MOEMS技術制造的雙穩態反射鏡平動式光柵光調制器,利用形狀記憶合金在加電升溫后材料產生馬氏體相變而變形到預設的形狀，達到減低光柵非穩態位置駐留引起的位置漂移和防止粘附失效發生的目的，同時具有驅動電壓低可以和常規數字芯片驅動電路兼容、大行程、驅動力大的優點。?

本發明解決其技術問題所采用的技術方案如下：?

本發明提出的SMA驅動的雙穩態反射鏡平動式光柵光調制器，包括如下結構：?

基底，其上用濺射或淀積工藝形成絕緣層；?

位于絕緣層之上一定間距、由支撐梁支撐的可動平板，可動平板具有反射面，并由施加到支撐梁或的偏壓驅動做垂直上下移動；?

用于支撐可動平板的支撐梁，該支撐梁由梁體和支撐柱組成，梁體的兩端通過支撐柱固定設置于絕緣層上，梁體的中部與可動平板固定連接，梁體的材料為形狀記憶合金SMA；?

一個固定光柵，該固定光柵罩于上述部件組成的結構單元之上，并與基底固定，固定光柵與絕緣層之間為可動平板移動的空間間隙；?

驅動電路，通過電極引出線連接支撐梁，可產生不同幅度、不同頻率的驅動電流。?

進一步，所述支撐梁有兩根，交叉為十字形，中部與可動平板相連，支撐梁位于可動平板下方。?

進一步，構成所述支撐梁的材料有雙層，上層為多晶硅，下層形狀記憶合金SMA的材料為TiNi合金，固定光柵、可動平板材料為鋁；絕緣層的材料為二氧化硅。?