可编程相位光栅技术在光通讯领域有较广的应用,也可作为微型光谱仪的新颖色散器件.该文设计了一种基于MEMS的可编程相位光栅,其特征参数可以通过编程控制和改变.通过经典理论建模与分析,设计了可编程相位光栅的结构; 并对光栅的光带结构参数进行了优化,从而有利于可编程相位光栅功能的实现,提高了制作的可靠性和成功率; 设计了针对可编程相位光栅的表面硅微工艺,并对改善应力、去牺牲层和防粘连等关键问题进行了分析,改进了工艺,成功研制出样品,其结构尺寸约为 4 mm×6 mm, 有效工作部分的面积约为4 mm×2 mm.

静电驱动的微机械装置是许多微机电系统(MEMS)中的重要模块.根据微光机电系统(MOEMS)可编程相位光栅的设计思想,提出一种静电驱动的微机械元件(微梁)作为可编程光栅的基本结构元件,并以ANSYS软件的有限元分析为依据,对其结构模型作较深入的研究,探讨了各主要结构参数及控制电压对结构驱动性能的影响.结果表明,在设计尺度范围内,微梁主要结构参数按照对光带变形的影响大小排列分别为微梁厚度、微梁变形前与衬底间的距离及微梁长度.

微纳米技术的迅速发展促使微机电系统(MEMS)与微光学相结合形成微光机电系统(MOEMS),从而为可编程相位光栅的研究和实现提供了可能.在MOEMS的设计中,仅用传统的分析手段已经不够,其建模和仿真需要用到有限元分析.本文提出了一种可编程相位光栅的可变形结构,运用经典理论建模,通过计算得到其变形的定性分析结果和定量的近似结果,并提出一个用有限元分析软件ANSYS进行有限元建模的实例,得到相应的仿真结果.

　本文叙述了一种基于MOEMS技术的微型可编程相位光栅的原理性实验结果,并与数值仿真结果进行了比较,验证了这种光栅技术理论的正确性和技术的可行性、优越性。