设计了一种基于氮化铝(AlN)材料的压电连续面型变形镜，采用理论分析和COMSOL仿真对该AlN MEMS变形镜的结构进行了优化，拟合了前14项Zernike多项式 ，对其驱动性能特别是像差矫正能力进行了系统研究。研究结果表明，该变形镜表现出与COMSOL工艺相兼容、制备工艺简单且环保的特点，具有线性控制、大形变量的优势，满足一般自适应光学系统的要求。

用自适应光学系统来校正由大气湍流等产生的波前畸变,能够得到很好的效果.通过对自适应光学系统的工作原理进行研究,提出了一种基于MEMS技术的微小型自适应光学系统校正波前畸变的方法,将MEMS技术应用于变形反射镜,并构建了具体的实验平台,用来校正一种人为产生的波前畸变,且阐述了具体的实验过程.实验结果表明,基于MEMS技术的自适应光学系统能够很好地闭环校正波前畸变,且其体积小、质量轻、校正性能稳定,为自适应光学技术在星载相机上的应用提供了依据.

在很多高功率的激光器中,由于热效应的缘故会导致激光器的光束质量大幅下降。为了改善激光光束的动态畸变,自适应光学是一种有效的方法。作为自适应光学系统的核心部件,设计了一种可用于大功率激光二极管抽运固体激光器(DPL)热畸变补偿的新型可变形反射镜,并且通过工艺流片实际制造出有效反射面积为30 mm×30 mm,拥有49个静电驱动单元的可变形反射镜。对该微机电系统(MEMS)微变形镜的变形特性进行了详细的理论分析和模拟研究,并和实际测量结果进行了比较,得到了满意的结果。为了实现闭环控制,对微变形反射镜的光学影响函数矩阵进行了全面测量, 并用得到的电压矩阵对畸变激光光束的波前进行了校正。实验结果表明,微变形反射镜可以有效地改善激光光束质量。

针对基于MEMS技术制造的连续面型薄膜微变形反射镜,从薄膜理论出发对其力电耦合变形特性进行理论分析,导出了镜面变形表达式.利用该式及响应频率表达式,定量分析了镜面相关尺寸参数对变形量的关系,为变形镜的结构设计提供了可靠的理论依据.结果表明,当镜面厚度为1 μm且与驱动电极间距20 μm时,对控制电压不超过120 V,响应频率大于50 kHz的应用场合,变形镜镜面半径应在2.1～13.8 mm之间进行选择.仿真结果显示,驱动电压较小时,镜面变形与驱动电压平方近似成线性关系.

基于MEMS技术体硅工艺,提出一种新型大有效面积的连续变形反射镜的设计制造方法.依工艺流程中的实际情况与结果,分析了在制造过程中遇到的大面积腔体深腐蚀中凸角腐蚀和键合中小空隙粘合等关键问题,设计实施了T形补偿角、延长驱动线等解决方案.用此方法制造出有效反射面积30mm(30mm,最大变形量1.2μm,49驱动电极的新型变形反射镜.10-200V电压范围内得到的该变形反射镜镜面变形数据与模拟结果具有很好的一致性.

对一种新型可变形反射镜加工中的硅-玻璃阳极键合工艺进行了研究.设计了一种通过导线将压焊点引至键合区的特殊结构,使得键合过程中台柱与驱动电极保持等电势,从而有效避免了电极和结构之间的相互作用所引入的缺陷,使得最终获得的驱动电极的有效面积接近100%.针对键合前后气体体积收缩导致的镜面凹陷问题,提出在玻璃上加工出贯穿器件的浅槽结构.实验结果表明, 在380℃,1atm的环境下施加-1000V电压进行阳极键合时,当浅槽深度大于200nm时,将获得较好的镜面质量.

给出了一种基于硅微加工技术的新型变形反射镜的设计和加工方法.变形反射镜镜面主体是由一定厚度的硅膜构成,硅膜上表面溅射有一层Ti/Au,背面有一7×7阵列的台柱与之相连,台柱下方是对应的驱动电极.当给电极施加电压时,产生的静电力就会拉动台柱向下运动,从而使相应的镜面部分发生变形;通过控制通电电极的位置及电压,就可获得特定的镜面形状.在变形反射镜的加工工序中采用浅腐蚀形成键合台,采用深腐蚀加工出台柱.并采用<110>条补偿图形对台柱的凸角进行补偿,在0.2MPa气压下进行键合,最后成功研制出有效反射面积为30mm×30mm,拥有49个静电驱动单元的变形反射镜.