基于三层多晶硅表面加工工艺和自适应光学经验公式,设计并制作了一种静电驱动的16单元连续面形微机电系统（MEMS）变形镜（DM）,并用ZygoNewView7300白光干涉仪对样片的静态特性和动态响应特性进行了测试。静态测试结果表明,器件在150 V电压下的最大形变量为0.667μm,相邻单元之间的交联值为9%,镜面位置重复性为10%。动态测试结果表明,器件对正弦驱动信号的响应时间小于30μs,响应曲线近似为一条余弦曲线,谐振频率为36 kHz。该变形镜可用于自由空间光通信、激光光束整形、波前畸变校正、投影显示、生物医学成像和人眼视差校正等重要领域。

为提高传统二维倾斜镜在非正交方向上的光转换效率,设计并加工了一种转轴非正交二维MEMS倾斜镜。倾斜镜上电极非对称地固定在基底上,通过控制上、下电极的加电方式实现倾斜镜在两个非正交轴上的偏转变形。采用三层膜的结构设计,消除了上电极应力变形对镜面平整度的影响。通过在上电极加工微小突起,减小上下电极的重叠面积,避免了倾斜镜的吸合失效;另外,上、下电极仅在其边缘处重叠,确保了静电力的有效利用。研制的倾斜镜驱动电压低,在3.5 V的电压下可实现绕水平X轴0.16°、绕倾斜Y轴0.03°的偏转,Y轴与X轴成145.37°夹角。倾斜镜结构简单,可实现绕两个非正交转轴的偏转,空间适应性好,且有效避免了静电吸合对镜子的损坏。

基于非均匀电场可产生静电排斥力的原理,设计制造了单元尺寸为300μm的MEMS静电排斥型离面驱动器。此驱动器不受静电吸合效应的限制,行程较传统静电吸引型驱动器有显著提高。利用表面硅工艺完成了该驱动器的加工。为研究静电排斥型驱动器的动态响应特性,建立了该驱动器的等效模型并利用数值计算方法分析了驱动器的压膜阻尼特性和幅频特性。采用白光干涉仪对微驱动器进行了静态和动态测试,测试结果表明,所设计的MEMS静电排斥驱动器在100V的电压下实现了2.1μm的驱动位移,工作带宽为2kHz,具有较快的响应速度。