一种补偿侧向位移式微镜及调控方法技术

本发明专利技术公开的一种补偿侧向位移式微镜及调控方法，属于微纳光学领域。本发明专利技术通过优化补偿驱动器以补偿微镜侧向位移，避免表面光斑偏离微镜镜面，避免微镜失去操控光束的能力；因此，消除侧向位移能够避免或减小微镜的光功率损失。驱动器采用对称式阵列式结构，在增强驱动能力的同时，能够产生对称式的作用力分布，提高微镜的稳定性，同时能够增强微镜对光束的操控能力，避免微镜工作失效。采用V

【技术实现步骤摘要】
一种补偿侧向位移式微镜及调控方法


[0001]本专利技术涉及一种补偿侧向位移式微镜及其调控方法，尤其涉及一种基于微纳制造的光学器件，属于微纳光学领域。

技术介绍

[0002]近几十年来，微机电系统(MEMS)技术是由IC工艺发展而来，其诞生以来，已经在汽车工业、通信、航空航天等领域获得广泛的应用。微光学器件是MEMS技术的成果之一，其中的MEMS微镜更是在光通信、自动驾驶、医学成像、光学投影等领域具有重要应用。MEMS微镜按照驱动类型可以分为四类，即静电式微镜、电热式微镜、电磁式微镜和压电式微镜。
[0003]按照轴向扫描能力又可以将上述微镜分为1D和2D微镜。基于Bimorph驱动的电热式微镜具有较强的可塑能力，发展出了1D和2D电热式微镜，其中2D电热式微镜不仅可以实现沿x和y轴方向的偏转，而且可以实现在z轴方向上的平动，尽管如此，1D电热式微镜仍然具备2D微镜不可替代的性能，比如1D电热式微镜具有较大的偏转能力，其偏转角度甚至高达90
°
。然而，1D微镜在偏转的过程中，会伴随较大的侧向位移，甚至导致光斑偏离微镜镜面，进而导致微镜失去操控光束的能力。此外，即使很微小的侧向位移就能够导致较大的光功率损失。因此，在实际应用中，需要对微镜的偏移进行一定的补偿。

技术实现思路

[0004]针对即使很微小的侧向位移即能够导致微镜较大光功率损失的问题。本专利技术的主要目的之一是提供一种补偿侧向位移式微镜，通过优化补偿驱动器以补偿微镜侧向位移，避免光斑偏离微镜镜面，进而避免微镜失去操控光束的能力；此外，消除侧向位移能够避免或减小微镜的光功率损失。
[0005]本专利技术主要目的之二是提供一种用于补偿微镜侧向位移的制作及调控方法，用于所述一种补偿侧向位移式微镜的侧向位移式补偿。微镜偏转时，同时伴随侧向位移的产生，此时利用补偿驱动器将微镜拉回初始位置，从而达到补偿侧向位移的目的。
[0006]本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的：
[0007]本专利技术公开的一种补偿侧向位移式微镜，通过优化补偿驱动器以补偿微镜侧向位移，避免表面光斑偏离微镜镜面，进而避免微镜失去操控光束的能力；因此，消除侧向位移能够避免或减小微镜的光功率损失。驱动器采用对称式阵列式结构，在增强驱动能力的同时，同样能够产生对称式的作用力分布，提高微镜的稳定性，同时能够增强微镜对光束的操控能力，避免微镜工作失效。
[0008]作为优选，采用V
‑
型驱动器，是补偿微镜侧向位移的另一种方式，通过优化V
‑
型驱动器和微镜框架之间的连接，达到对称分布的目的，以平衡微镜两侧因作用力不稳定带来的抖动，同时阵列式的V
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型臂能够增强器件的刚度，避免微镜受到干扰，同时能够增强微镜对光束的操控能力，避免微镜工作失效。
[0009]作为优选，本专利技术公开的一种补偿侧向位移式微镜，外框架结构用于支撑驱动器
以及内部框架。框架的内部与bimorph相连，其中bimorph用于支撑微镜镜片，bimorph包括材料和材料。加热层用于对bimorph进行加热，如果材料具有电阻加热、导电的双重功能，则不需要加热层以简化结构，同时不同材料之间有绝缘层。
[0010]对于U型驱动器，其结构包括电极、柔性梁、冷臂和热臂。对于基于V型驱动器的微镜，其结构包括连接V型驱动器的电极和电极。电极用于连接微镜驱动器。微镜镜片，连接V型驱动器和微镜之间的梁。V型驱动器的包括梭子和V型梁。
[0011]作为优选，bimorph包括选用单晶硅的材料，因为单晶硅直接通过掺杂能够形成加热器，实现电阻加热、导电的双重功能。
[0012]为了解决微镜因为侧向偏移导致光学损失的问题，本专利技术公开的一种补偿侧向位移式微镜，采用额外的驱动器对微镜的侧向位移进行补偿，微镜通过bimorph阵列连接在内框架上，内框架由与外框架相连的U型驱动器支撑，当微镜在工作状态下，产生的侧向位移将被U型驱动器产生的反向位移所抵消，从而实现侧向位移补偿的作用，由电极、柔性梁、热臂和冷臂组成，U型梁的自由端和内框架相连。
[0013]对于基于V型梁补偿侧向位移的微镜，其基本原理和U型驱动器补偿微镜侧向位移相似，不再赘述。
[0014]作为优选，在微镜驱动器的设计中，采用热膨胀系数差别较大的材料，即使在较低的温度下也能够产生较大的偏转。
[0015]本专利技术公开的一种补偿侧向位移式微镜的制作及调控方法为：
[0016]步骤一：在器件层采用刻蚀方法，刻蚀出微镜和U型驱动器的轮廓，直至刻蚀至埋氧层，此时bimorph处的硅同样被去除，同时刻蚀出U型驱动器的隔离槽；
[0017]步骤二：利用薄膜工艺填对刻蚀槽进行填充，填充材料具有绝缘性比如氮化硅(同时不排除具有类似性质的绝缘材料)，覆盖住刻蚀槽，此时硅片上边面覆盖同样厚度的绝缘材料，然后刻蚀掉多余的绝缘材料；
[0018]步骤三：生长一层二氧化硅材料，再利用刻蚀方法去除多余的二氧化硅，此时bimorph形状形成，同时利用氮化硅和氧化硅作为内框架和U型驱动器的连接材料；
[0019]步骤四：采用磁控溅射和剥离技术生长一层加热电阻；
[0020]步骤五：生长一层绝缘材料作为加热电阻和金属之间的隔离层，然后制备导线、镜面和bimorph的金属层；
[0021]步骤六：背腔刻蚀，直至埋氧层；
[0022]步骤七：刻蚀埋氧层，然后刻蚀掉最初生长的多余的绝缘材料，释放器件。
[0023]步骤八：根据步骤一至步骤七实现补偿侧向位移式微镜的制作及调控。
[0024]步骤九：微镜偏转时，同时伴随侧向位移的产生，此时利用补偿驱动器将微镜拉回初始位置，从而达到补偿侧向位移的目的。
[0025]对于基于V型梁补偿侧向位移的微镜，其制备及调控方法和U型驱动器补偿微镜相似，不再赘述。
[0026]有益效果：
[0027]1、本专利技术公开的一种补偿侧向位移式微镜及调控方法，通过优化补偿驱动器以补偿微镜侧向位移，避免表面光斑偏离微镜镜面，进而避免微镜失去操控光束的能力；因此，消除侧向位移能够避免或减小微镜的光功率损失。驱动器采用对称式阵列式结构，在增强
驱动能力的同时，同样能够产生对称式的作用力分布，提高微镜的稳定性，同时能够增强微镜对光束的操控能力，避免微镜工作失效。
[0028]2、本专利技术公开的一种补偿侧向位移式微镜及调控方法，为了弥补单个U
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型驱动力因动力不足带来的无法驱动微镜的情况，采用阵列式结构，所述对称式结构，能够在增强驱动能力的同时，同样能够产生对称式的作用力分布，提高微镜的稳定性，同时能够增强微镜对光束的操控能力，避免微镜工作失效。
[0029]3、本专利技术公开的一种补偿侧向位移式微镜及调控方法，基于V
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型驱动器的侧向位移补偿式微镜，采用V
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型驱动器，是补偿微镜侧向位移的另一种方式，通过优化V
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型驱动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种补偿侧向位移式微镜，其特征在于：通过优化补偿驱动器以补偿微镜侧向位移，避免表面光斑偏离微镜镜面，进而避免微镜失去操控光束的能力；因此，消除侧向位移能够避免或减小微镜的光功率损失；驱动器采用对称式阵列式结构，在增强驱动能力的同时，同样能够产生对称式的作用力分布，提高微镜的稳定性，同时能够增强微镜对光束的操控能力，避免微镜工作失效。2.如权利要求1所述的一种补偿侧向位移式微镜，其特征在于：采用V
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型驱动器，是补偿微镜侧向位移的另一种方式，通过优化V
‑
型驱动器和微镜框架之间的连接，达到对称分布的目的，以平衡微镜两侧因作用力不稳定带来的抖动，同时阵列式的V
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型臂能够增强器件的刚度，避免微镜受到干扰，同时能够增强微镜对光束的操控能力，避免微镜工作失效。3.如权利要求1所述的一种补偿侧向位移式微镜，其特征在于：外框架结构用于支撑驱动器以及内部框架；框架的内部与bimorph相连，其中bimorph用于支撑微镜镜片，bimorph包括材料和材料；加热层用于对bimorph进行加热，如果材料具有电阻加热、导电的双重功能，则不需要加热层以简化结构。4.如权利要求3所述的一种补偿侧向位移式微镜，其特征在于：对于U型驱动器，其结构包括电极、柔性梁、冷臂和热臂；对于基于V型驱动器的微镜，其结构包括连接V型驱动器的电极和电极；电极用于连接微镜驱动器；微镜镜片，连接V型驱动器和微镜之间的梁；V型驱动器的包括梭子和V型梁。5.如权利要求3所述的一种补偿侧向位移式微镜，其特征在于：采用额外的驱动器对微镜的侧向位移进行补偿，微镜通过bimo...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐立新，汤跃，谢会开，
申请(专利权)人：北京理工大学重庆微电子中心，
类型：发明
国别省市：