当前课程知识点：MEMS与微系统 > 第七章 光学MEMS > 第1小节 光学MEMS概述 > 光学MEMS概述
好 大家好
今天我们来一起学习新的一部分内容
光学MEMS内容
光学MEMS与我们前面所提到的
RF MEMS一样
并不是一种由光学来实现的MEMS
而是通常是指由MEMS器件
在光学系统里边的应用
那么光学MEMS我们通常把它叫做
Optical MEMS或者把它缩写成
Micro-opto-electro-mechanical systems
那么进一步作为MOEMS这样的一个缩写
那么光学MEMS本身呢是一个多学科交叉的
一个方向
它包括了微机械
包括了电子和微加工
同时也包括了光学应用
因此我们利用这样的一个交叉图可以看出
在机械 电子和光学中间的这一块共有的区域
就是光学MEMS所覆盖的内容
光学MEMS可以按照功能来划分
这里边包括了光的控制器件
例如光的开关 数字微镜或者衰减器
也包括了一些光的传感器
例如说一些近场光学器件等
那么还包括光的执行器和制造技术
比如说光刻或者激光控制等等
那么如果按照应用 我们可以把
光学MEMS器件分为光通信器件
光互连和光储存的器件
以及影像再现的器件
适应性光学的器件
光传感器和执行器
以及光谱议等器件
那么每种器件都是由不同的结构所构成
通常来讲在光学MEMS应用里边
我们涉及到更多的是MEMS的执行器
而传感器相对来讲比较少
接下来我们来看几个具体的
光学MEMS器件的例子
比如说这个图这是朗讯公司所制造的
一个光开关
它是由一个二维的微镜阵列所构成的
那么每一个微镜可以按照一定的角度进行偏转
从而实现对入射光的反射方向进行控制
那么这一幅图给大家看到的是由多个微镜
以及透镜等等所组成的一个光学平台
那么这个光学平台可以类似于
我们传统光学平台一样去做更为精确的
光束传播的路径对准等等
那么实现一个更复杂一点的光学平台
我们需要很多不同的器件
这里边包括了一些光学器件
例如一些衍射器件 反射器件等等
同时我们还需要一些MEMS的执行器
这些MEMS的执行器可以控制光学器件的
一些动作
当然我们还需要一些由产生或者发射光
所具有的一些器件
那么这些器件共同集成以后
我们可以得到一个非常复杂功能的
一个光学平台
那么这样的一个光学平台如果能够很方便
很简单的实现出来
那么对于整个光学系统的发展
是一个巨大的促进
MEMS之所以在光学领域里有
比较广泛的应用
那么有一些很吸引人的特点
首先
很多MEMS器件具有非常优良的光学性能
比如说微镜
那么通过在微镜表面镀膜一层金属
那么可以得到非常高的反射效率
这个反射效率可以超过90%甚至于达到98%
另外MEMS具有一些非常优异的
一些驱动性能
通常来讲我们说MEMS是一个很小的器件
它所输出的动作或者功率
对于宏观系统来讲几乎是微不足道的
因此用它来控制宏观系统非常困难
但是光本身是一个质量极小的一种物质
那么控制光的反射或者折射等等
那么所需要的能量非常小
恰恰可以用MEMS器件来实现对光的控制
另外
由多晶硅或者单晶硅等一些材料
所实现的光学器件
它具有一个疲劳寿命长的一些特点
因此可以快速长时间的动作而不至于失效
同时 我们采用微加工的技术
那么利用光刻来能够精确的确定
在同一次光刻两个器件相对位置
那么这对一些微小尺度的光学器件的对准
是非常重要的
同时采用了微加工和控制电路相集成
我们也能够获得一些更高的密度
更低的成本
以及小体积和轻重量等一些优点
MEMS技术在光学领域里的应用
起源于70年代
那么在70年代初就开始有人来开始做
二维空间的光学调制器件
接下来比较典型的几个例子
比如说1975年西屋公司首先报道了
一个光学的微镜矩阵
那么IBM在1977年和1980年分别报道了
硅的光学调制器和硅的扭转微镜
那么德州仪器呢在1983年他报道了
一个数字微镜
但实际上他的真正研究比这更早
那么到1996年进入到了批量生产
那么第一个大规模的微加工器件
在光学里的应用是1990年Uppsala大学
所实现的一个微加工的光纤耦合器
那么它用氢氧化钾刻蚀在一次光刻里边
来实现两个微型槽
那么这两个微型槽各固定一根光纤
那么光纤的光芯就可以能够准确的对准
这对于两个光纤的熔化焊接
具有非常重要的意义
那么1991年呢伯克利的Pister等人
实现了一个可以活动的铰链结构
这样的一个结构可以使很多光学器件
能够支撑起来
从而实现我们希望的竖直器件所构成的
一些光学平台
到了1993年Rockwell的一位科学家
首先在SPIE的一次光学会议上提出了
采用MOEMS这样的一个名词
那么从那儿以后这个名词也得到了广泛应用
进入到90年代中后期最典型的光学MEMS器件
是MEMS在光通信领域里的一些应用
那么这里边贝尔实验室做出了很大的贡献
其中包括MEMS的衰减器 光谱均衡器
波长开关和大规模光束控制的交叉连接器等
我们在光学MEMS这部分会介绍
光开关和影象再现两部分内容
那么首先我们来看光开关
光开关是一个在光通信领域里边
有迫切需求的一个器件
我们知道长距离的信号传输是通过光纤
那么当光纤上传输的信号需要进行
放大或者路由的时候
我们需要首先把光信号提取出来
把它转换成电信号
那么再由电的路由器或者放大器来实现
我们所需要的放大或者是地址的选择和查找
然后再把电信号变成光信号
再把它反馈加载到光纤上去
进行光纤的传输
所以在长距离通信时
光纤传输的过程中要不断的进行
从光到电再到光的这样的一个变化过程
但是这样的一个变化过程有很多的缺点
最主要的表现在两个方面
第一个方面是数据传输速率的问题
由于电信号所处理的带宽和传输的数据
非常有限
因此在光信号转化为电信号的过程中
受到电信号所能够处理的速率的限制
那么会使整个信号处理过程速度大幅度的降低
同时 电信号所能处理的端口数量也很有限
对于光纤通信有很多的这种复用的模式
会使一根光纤能够传输海量的通信数据
但是这些数据转化成电信号的时候
那么它所对应的端口
对应电信号处理起来也是异常困难的
所以如果能够实现从光信号到光信号的变化
而不需要从光信号经历了电信号再回到光信号
这样的一个过程
那么对整个光通信的体系
无疑是一个巨大的促进
那么在这样的一个通信体系里边
MEMS器件有很多的应用
比如说可调的衰减器 光谱均衡器
数据调制器 以及光交叉连接器等等
不同的器件应用在光通信体系的不同位置
所起起的效果也各不相同
那么我们首先来看光开关
所谓的MEMS的光开关是指
由MEMS器件实现的
能够把一个端口的光信号切换到
另一个端口去的这样的一些器件
通常来讲它是负责多个输入和输出端口之间
光信号传输链路的建立
我们把光开关分为一维光开关 二维光开关
和三维光开关这样三类
那么这三类光开关
在发展的过程中也大体上是从一维向三维
这样的一个过程发展的
从最早的90年代初期开始出现一维的光开关
到2000年以后开始出现二维和三维的光开关
那么这符合事物从简单到复杂的发展规律
-第1小节 MEMS的定义
--MEMS的定义
-第1小节 MEMS的定义--作业
-第2小节 MEMS的应用领域
-第2小节 MEMS的应用领域--作业
-第3小节 MEMS的发展
--MSMS的发展
-第3小节 MEMS的发展--作业
-第4小节 MEMS的发展（续）
-第4小节 MEMS的发展（续）--作业
-第1小节 应力和应变
--应力与应变
-第1小节 应力和应变--作业
-第2小节 弹性梁
--弹性梁
-第2小节 弹性梁--作业
-第3小节 弹性梁（续）
--弹性梁（续）
-第3小节 弹性梁（续）--作业
-第4小节 薄板与流体的基本概念
-第4小节 薄板与流体的基本概念--作业
-第5小节 流体的基本概念（续）
-第5小节 流体的基本概念（续）--作业
-第6小节 静电力
--静电力
-第6小节 静电力--作业
-第7小节 尺寸效应
--尺寸效应
-第7小节 尺寸效应--作业
-第1小节 MEMS光刻技术
--MEMS光刻技术
-第1小节 MEMS光刻技术--作业
-第2小节 体微加工技术—各向同性湿法刻蚀
-第2小节 体微加工技术—各向同性湿法刻蚀--作业
-第3小节 体微加工技术—各向异性湿法刻蚀
-第3小节 体微加工技术—各向异性湿法刻蚀--作业
-第4小节 体微加工技术—各向异性湿法刻蚀（续）
-第4小节 体微加工技术—各向异性湿法刻蚀（续）--作业
-第5小节 体微加工技术—干法刻蚀
-第5小节 体微加工技术—干法刻蚀--作业
-第6小节 体微加工技术—时分复用深刻蚀
-第6小节 体微加工技术—时分复用深刻蚀--作业
-第7小节 体微加工技术—时分复用深刻蚀（续）
-第7小节 体微加工技术—时分复用深刻蚀（续）--作业
-第8小节 体微加工技术—稳态深刻蚀
-- 体微加工技术—稳态深刻蚀
-第8小节 体微加工技术—稳态深刻蚀--作业
-第9小节 体微加工技术—干法刻蚀设备与应用
-第9小节 体微加工技术—干法刻蚀设备与应用--作业
-第1小节 表面微加工技术概述
-- 表面微加工技术概述
-第1小节 表面微加工技术概述--作业
-第2小节 表面微加工技术的几个问题
-第2小节 表面微加工技术的几个问题--作业
-第3小节 表面微加工代工工艺
-第3小节 表面微加工代工工艺--作业
-第4小节 表面微加工的应用
--表面微加工的应用
-第4小节 表面微加工的应用--作业
-第5小节 厚结构层技术
-- 厚结构层技术
-第5小节 厚结构层技术--作业
-第1小节 键合概述与直接键合
-- 键合概述与直接键合
-第1小节 键合概述与直接键合--作业
-第2小节 阳极键合与聚合物键合
-第2小节 阳极键合与聚合物键合--作业
-第3小节 金属键合与键合设备
-- 金属键合与键合设备
-第3小节 金属键合与键合设备--作业
-第1小节 工艺集成
-- 工艺集成
-第1小节 工艺集成--作业
-第2小节 系统集成
--系统集成
-第2小节 系统集成--作业
-第3小节 单芯片集成与多芯片集成
-第3小节 单芯片集成与多芯片集成--作业
-第4小节 三维集成
--三维集成
-第4小节 三维集成--作业
-第5小节 MEMS封装
--MEMS封装
-第5小节 MEMS封装--作业
-第6小节 MEMS封装(续)
-第6小节 MEMS封装(续)--作业
-第1小节 概述
--概述
-第1小节 概述--作业
-第2小节 压阻传感器
--压阻传感器
-第2小节 压阻传感器--作业
-第3小节 电容传感器与压电传感器
-第3小节 电容传感器与压电传感器--作业
-第4小节 谐振传感器与遂穿传感器
-第4小节 谐振传感器与遂穿传感器--作业
-第1小节 压力传感器
--压力传感器
-第1小节 压力传感器--作业
-第2小节 压阻式压力传感器
-- 压阻式压力传感器
-第2小节 压阻式压力传感器--作业
-第3小节 压阻式压力传感器（续）
-第3小节 压阻式压力传感器（续）--作业
-第4小节 电容式压力传感器与谐振式压力传感器
-第4小节 电容式压力传感器与谐振式压力传感器--作业
-第5小节 硅微麦克风
--硅微麦克风
-第5小节 硅微麦克风--作业
-第1小节 惯性传感器与加速度传感器概述
-第1小节 惯性传感器与加速度传感器概述--作业
-第2小节 压阻式与电容式加速度传感器
-第2小节 压阻式与电容式加速度传感器--作业
-第3小节 电容式与热传导式加速度传感器
-第3小节 电容式与热传导式加速度传感器--作业
-第4小节 微机械陀螺概述
--微机械陀螺概述
-第4小节 微机械陀螺概述--作业
-第5小节 典型微机械陀螺
--典型微机械陀螺
-第5小节 典型微机械陀螺--作业
-第6小节 典型微机械陀螺（续）
-第6小节 典型微机械陀螺（续）--作业
-第7小节 模态解耦合
--模态解耦合
-第7小节 模态解耦合--作业
-第1小节 执行器概述
--执行器概述
-第1小节 执行器概述--作业
-第2小节 静电执行器—平板电容执行器
-第2小节 静电执行器—平板电容执行器--作业
-第3小节 静电执行器—平板电容执行器（续）
-第3小节 静电执行器—平板电容执行器（续）--作业
-第4小节 静电执行器—叉指电容执行器
-第4小节 静电执行器—叉指电容执行器--作业
-第5小节 热执行器
--热执行器
-第5小节 热执行器--作业
-第6小节 压电执行器和磁执行器
-- 压电执行器和磁执行器
-第6小节 压电执行器和磁执行器--作业
-第1小节 RF MEMS概述
-- RF MEMS概述
-第1小节 RF MEMS概述--作业
-第2小节 MEMS开关I
--MEMS开关I
-第2小节 MEMS开关I--作业
-第3小节 MEMS开关II
--MEMS开关II
-第4小节 MEMS开关III
-第4小节 MEMS开关III--作业
-第5小节 MEMS谐振器—梳状谐振器
-第5小节 MEMS谐振器—梳状谐振器--作业
-第6小节 MEMS谐振器—板式谐振器
-第7小节 MEMS谐振器的制造
-第7小节 MEMS谐振器的制造--作业
-第1小节 光学MEMS概述
-- 光学MEMS概述
-第1小节 光学MEMS概述--作业
-第2小节 MEMS光开关I
--MEMS光开关I
-第2小节 MEMS光开关I--作业
-第3小节 MEMS光开关II
-- MEMS光开关II
-第3小节 MEMS光开关II--作业
-第4小节 影像再现I—反射器件
-- 影像再现I—反射器件
-第4小节 影像再现I—反射器件--作业
-第5小节 影像再现II—衍射器件
-第5小节 影像再现II—衍射器件--作业
-第6小节 影像再现III—干涉器件
-第6小节 影像再现III—干涉器件--作业
-第1小节 概述
-- 概述
-第1小节 概述--作业
-第2小节 软光刻技术
--软光刻技术
-第2小节 软光刻技术--作业
-第3小节 微流体输运
--微流体输运
-第3小节 微流体输运--作业
-第4小节 微流体输运（续）
--微流体输运（续）
-第4小节 微流体输运（续）--作业
-第5小节 试样处理
--试样处理
-第5小节 试样处理--作业
-第6小节 试样处理（续）
--试样处理（续）
-第7小节 检测技术
--检测技术
-第8小节 微流体应用
--微流体应用
-第8小节 微流体应用--作业
-第9小节 微流体应用（续）
--微流体应用（续）
-第9小节 微流体应用（续）--作业
-第1小节 概述
--概述
-第1小节 概述--作业
-第2小节 药物释放 神经探针 生物传感器
-第2小节 药物释放 神经探针 生物传感器--作业
-第3小节 可穿戴与可植入微系统
-第3小节 可穿戴与可植入微系统--作业
