为满足车载激光雷达接收光学系统在复杂环境实际应用中的温度适应性要求，本文基于一种将长焦镜头与线阵探测器相结合，通过局部图像级成像显著提高激光雷达系统探测分辨率的方案，设计了一款轻小型无热化的四片式全玻璃长焦镜头，研究了其在不同温度下的像面漂移。分析结果表明，所设计的长焦镜头在整个-40~100 ℃的温度范围内焦移量为0.021 mm，小于焦深0.074 mm，在30 lp/mm处各视场调制传递函数（MTF）均大于0.5，全视场内光斑半径在7 μm以下，水平及垂直角分辨率为0.045°（H）×0.045°（V）。此长焦接收光学系统结构简单、成像质量高、环境适应性强，在车载激光雷达领域具有良好的应用前景。

结合李萨如图像扫描和微机电系统(MEMS)二维谐振式扫描镜，提出一种新颖的投影显示方法。相比于传统的投影显示技术，该技术具有控制简单、能耗低、体积小及重量轻等优点。首先阐述了该投影显示技术中像素的定义与划分，然后从理论上分析了刷新率、分辨率和谐振频率之间的关系，以及选择谐振频率的约束条件，最后通过Matlab软件进行仿真验证，并使用研制出的扫描镜样件搭建了投影显示样机，成功投影出分辨率为260×180的图像，从而验证谐振频率选择约束的有效性以及该投影显示方法的可行性，为实际工程应用奠定基础。

设计并加工制作了一种基于绝缘体上硅(SOI)制备工艺的新型静电驱动二维微型扫描镜，并对其工作原理进行了分析。为了有效预测该微型扫描镜的谐振频率及相应的振态，采用有限元分析软件ANSYS对其进行建模和前五阶模态的仿真，并从理论上分析了前两阶扭转模态谐振频率的计算方法。使用激光多普勒测振仪对该扫描镜的谐振频率进行了测量。测量结果表明，二维微型扫描镜前两阶扭转模态的谐振频率分别为402 Hz和1218 Hz。该测量结果与软件仿真结果基本吻合，少许差异是由于在仿真模态时未考虑梳齿结构、空气阻尼及环境温度等因素造成的。本研究对设计出结构更简单的静电驱动微型扫描镜有重要的参考价值。

在微光机电系统(MOEMS)技术的基础上，采用绝缘体上硅(SOI)的体硅加工工艺，设计并加工制作了一种新型的静电驱动的谐振式微机电系统(MEMS)扫描镜。介绍了其基本工作原理及结构设计特点；理论计算了圆形和方形两种结构的尺寸扫描镜的谐振频率，并利用ANSYS有限元软件进行仿真；设计并搭建了一个简单易操作的光学测试系统，对研制出的MEMS扫描镜(7.1 mm×5.2 mm)进行扫描角度测试。利用该器件参数激励的迟滞频率特性，对其谐振频率进行实际测量。同时，为验证其所测谐振频率的准确性，利用激光多普勒测振(LDV)系统对其进行测试。在工作电压10 V，方形和圆形扫描镜的驱动频率分别为556 Hz和596 Hz时，机械扫描角度分别可达到约6°和5°，谐振频率分别约为300 Hz和277 Hz。并分析误差产生的原因及其结果。

研制了一种基于微光机电系统(MOEMS)技术的新型谐振式扫描镜，该扫描镜采用绝缘体上硅(SOI)加工工艺，静电梳齿驱动，利用工艺中残余应力的释放产生垂直梳齿偏差，作为启动电极。针对该器件的机电性能，设计并搭建了一套光学系统测试其性能。结果表明，该器件具有加工工艺简单、低成本、低电压和大的扫描角度等优点。此外，将所制造的两个扫描镜进行合理组合，搭建了利萨如图形的显示装置，显示图案与Matlab软件仿真结果基本一致。

本文在微机电(MEMS)技术上设计并加工出了一种新型基于 SOI工艺的谐振式微扫描镜, 设计了 MEMS扫描镜机电特性测量系统, 对 MEMS扫描镜的工作原理、机电特性、系统测量方法、系统方案实现和系统精度评定等方面进行了研究。首先, 介绍了 MEMS扫描镜的工作原理, 对其结构设计及机电特性进行了研究。其次, 研究了 MEMS扫描镜的频率、幅值测量方法, 根据其测量原理制定了系统测量方案, 并对系统的硬件电路及软件程序进行了设计。最后, 为验证测量系统的精度及其可靠性, 采用激光多普勒(LDV)及激光三角法分别对 MEMS扫描镜的幅值、频率进行对比测试。实验结果表明: 该测量系统与两种测试方法的测量结果基本一致, 基本满足 MEMS扫描镜的机电特性测量稳定可靠、精度高、实时性强等要求。本文的研究, 对 MEMS扫描镜的闭环控制驱动及在微型光谱仪中的应用具有很大的参考价值。

利用微机械加工技术制造出一种新型微扫描镜，结合半导体激光器，可用于投影显示.激光器发出的光束被两个分别沿着X轴、Y轴扭转的镜面相继反射，扫描出二维图形.实验测得扫描镜在15 V电压，频率为扫描镜谐振频率2倍的方波信号驱动下，镜子的光学扫描角度达±12°.由于每个镜子都沿各自轴以简谐规律扭转，扫描所得投影为李萨如图形.通过分析图形的形成原理并用Matlab仿真，选出了适用用于任意图案显示的扫描镜谐振频率组合（X轴2 400 Hz, Y轴2 425 Hz）.该组合可以形成194×192个像素点，刷新频率为25 Hz.在此基础上提出了一种通过调制激光开关来进行投影显示的方法.

研制了一种基于微光机电系统(MOEMS)技术的新型微型可编程光栅周期可调光栅。该光栅采用玻璃体上硅(SOG)加工工艺, 静电梳齿驱动, 具有操作简单、连续可调和宽调制等特点。该光栅在静电驱动力的作用下, 周期的变化引起特定级次下单色光衍射角的变化及复色光光谱的偏移。针对该光栅的衍射特性, 设计及搭建两套光学系统, 根据光栅结构设计参数的理论计算与测量结果基本一致, 充分表明该光栅能对光具有良好的调制作用。为该器件在微型光谱仪和光开关的应用提供了技术参考。

介绍了一种周期连续可调的微型可编程光栅.光栅采用静电梳齿驱动，不同驱动电压对应不同周期变化，从而引起特定级次衍射角发生变化.为了测得不同驱动电压下的衍射角变化，搭建了实验测量光学系统，利用激光三角法测量原理及图像处理的方法得出实验结果.测量结果与光栅测量参量计算角度变化基本一致，不同电压下的衍射角变化与不同的周期变化对应良好.

绝缘体上硅(SOI)提供了一种 “Si/SiO₂/Si”三层结构,采用深度反应离子刻蚀(DRIE)工艺,利用其中的二氧化硅绝缘层作为刻蚀自停止层,可以有效控制深硅刻蚀的深度,从而得到厚度均匀、无残余应力的体硅薄膜。利用这层体硅薄膜作为微变形镜的镜面,对DRIE工艺和硅/玻阳极键合工艺等进行了深入研究,研制了基于SOI的薄膜式微变形镜的加工工艺,获得了微变形镜样件并进行了初步测试。该微变形镜采用静电力驱动,具有69个驱动单元,通光孔径为10 mm。经测试,其表面质量在7.6 mm×7.6 mm测试区域内波峰波谷(PV)值约为1.2 μm,均方根(RMS)值约为193 nm;局部表面质量达到PV值约为8.3 nm,RMS值约为1.2 nm;在施加120 V电压时,镜面中心最大变形量达到4.25 μm以上。