Разработка и исследование оптических магнитоуправляемых микромеханических устройств

• Автор: Корнеев, Владимир Станиславович
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 84 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

1. Методы управления оптическими лучами

1.1. Классификация методов управления оптическими лучами в

пространстве

1.2. Параметры дефлекторов

1.3. Основные типы дефлекторов и их параметры

1.3.1. Электрооптическис дефлекторы

1.3.2. Дискретные поляризационные дефлекторы

1.3.3. Жидкокристаллические дефлекторы

1.3.4. Ультразвуковые дефлекторы

1.3.5. Оптико-механические дефлекторы
1.3.6. Магнитоэлектрические (гальванометрические) дефлекторы
1.3.7. Пьезоэлектрические дефлекторы
1.3.8. Таблица основных параметров дефлекторов разных типов
2. Микросистемные устройства и технологии
2.1. Технология МЭМС (MEMS technology)
2.1.1. Фотолитография
2.1.2. Формирование структур микромеханических устройств
2.1.3. Легирование
2.2. Объемная микромеханика
2.3. Поверхностная микромеханика
2.4. Другие технологии
3. Разработка математических моделей и методов расчета оптических
микромеханических устройств с магнитным управлением
3.1. Сравнительный анализ магнитного и электростатического
крутящих моментов
3.2. Анализ вертикального прогиба балки (микрополоски) с
закрепленными концами

3.3. Подвижный элемент с электромагнитным управлением
3.4. Подвижный элемент с магнитоэлектрическим управлением
3.5. Анализ крутильных колебаний подвижных элементов
3.6. Анализ формирования сканирующего оптического пучка и
управление его пространственным положением
3.7. Анализ влияния искривления формы поверхности на
расходимость светового пучка
4. Разработка микромеханических магнитоуправляемых устройств
4.1. Микромеханический сканер
4.2. Коммутатор оптических каналов
4.3. Сканирование спектра отраженного излучения
5. Экспериментальные исследования
5.1. Разработка технологических процессов производства
микромеханических сканеров с составным зеркалом
5.1.1. Разработка технологии производства микромеханических структур сканера
5.1.2. Вариант с токовыми петлями
5.1.3. Вариант с микромагнитами:
5.2. Технология получения магнитных элементов на кремнивых
микрополосках
5.3. Экспериментальный стенд
5.4. Исследования параметров сканеров в «старт-стопном» режиме
5.5. Исследования параметров сканеров в динамическом режиме
5.6. Методика определения угла наклона отражающих элементов
Заключение
Список работ опубликованных по теме диссертации:
Список цитируемых источников

Введение
В современных системах воздушной разведки, наземного лазерного сканирования и других, требуется большая скорость перемещения луча, высокая разрешающая способность и большие углы сканирования, поэтому при конструировании этих систем особое внимание уделяется устройствам управления лазерным лучом: дефлекторам, сканерам и т.д. Из всех известных типов дефлекторов наиболее разработаны так называемые оптико-механические дефлекторы, они могут работать в любом диапазоне электромагнитных волн, обеспечивают большие углы отклонения и высокую разрешающую способность. Однако эти устройства обладают существенными недостатками, главными из которых являются: сложность получения больших скоростей сканирования луча, малая надежность и нестабильность в работе, трудность воздействия в процессе развертки на частоту и амплитуду угла сканирования. Все перечисленные недостатки заставляют инженеров и конструкторов искать новые технологии производства приборов и устройств.
Известно, что классические промышленные технологии, используемые при изготовлении традиционных электромеханических устройств по мере снижения линейных размеров деталей механических систем, характеризуются резким увеличением себестоимости производства и контролем точности их изготовления. В то же время, достигнутая в настоящее время совместимость технологий микроэлектроники и микропрофилирования кремния позволяет создавать микроприборы и интегрированные с микромеханическими структурами системы управления, применение которых наиболее перспективно в электронно-вычислительных устройствах, оптоэлектронике, а также в сенсорных микроэлектронных системах сбора и обработки информации о состоянии природной среды и промышленных объектов.
Современные микромеханические устройства получили название МЭМС (MEMS - micro-electro-mechanical systems), они обладают рядом существенных преимуществ по сравнению с аналогичными приборами, выпускаемыми по традиционным технологиям. Среди этих преимуществ необходимо отметить

качестве отражающих элементов быстродействующих сканеров со временем переключения несколько микросекунд.
В разделе 3.5. представлен анализ крутильных колебаний подвижных элементов, рассмотрено распределение амплитуды крутильных колебаний полоски на различных формах собственных колебаний.
Периодичность расположения микрополосок приводит к тому, что отличительной особенностью разрабатываемых устройств являются эффекты дифракции и интерференции электромагнитных волн на микроразмерных подвижных элементах. Анализ формирования сканирующего оптического пучка и управления его пространственным положением сделан в разделе 3.6.
В разделе 3.7. оценен поперечный размер входного светового пучка, а также рассмотрено влияние искажения поверхности микрополоски на форму сечения отраженного светового пучка.
3.1. Сравнительный анализ магнитного и электростатического
Сравним силовые возможности электростатических и магнитных движителей при кручении подвижных элементов в микромеханике. Постоянный магнит с собственным магнитным моментом Рт, равным:
где Вг - остаточная индукция, Ут - объем ферромагнитного материала, р0 - магнитная постоянная, помещенный во внешнее магнитное поле с индукцией В, испытывает крутящий момент, равный:
крутящих моментов

М'к =РтВ$ та,

где а - угол между векторами Рт и В.
Максимальное значение этого крутящего момента равно: