为实现微型化、抗电磁干扰、可长时间工作和可远距离传输的加速度传感器，提出了一种基于微机电系统(MEMS)非对称扭镜结构的光纤加速度计设计方案，并利用对角度变化非常敏感的双光纤准直器对扭镜的扭转角度变化进行检测。MEMS光纤加速度计由MEMS非对称扭镜结构、驱动电极和双光纤准直器等组成。分析了器件的加速度敏感原理和光纤检测原理，介绍了器件综合设计考虑，并给出了器件的结构参数。利用MEMS加工技术成功制作了MEMS光纤加速度计样品。对加速度计进行了实验测试，加速度计的输出实验值与理论值吻合。测试结果表明，该加速度计量程为±2g，带宽为600 Hz，分辨率优于10-4g,且具有良好的线性度和重复性。该 MEMS光纤加速度计将MEMS敏感结构与光纤检测相结合，兼备了两者的优点，结构紧凑、制作工艺简单。

提出了一种基于微机电系统(MEMS)扭镜结构的光纤磁场传感器, 并利用对角度变化非常敏感的双光纤准直器对扭镜的扭转角度进行了检测。该MEMS光纤磁传感器由MEMS扭镜结构、磁性敏感薄膜和双光纤准直器组成。文中分析了器件的磁敏感原理和光纤检测原理, 介绍了器件综合设计方法, 并给出了器件的结构参数。利用MEMS加工技术成功制作出了MEMS光纤磁传感器样品, 最终得到的磁传感器的尺寸为3.7 mm×2.7 mm×0.5 mm。对磁传感器进行了实验测试, 得到的输出实验值与理论值吻合。测试结果表明, 该磁传感器的光纤检测灵敏度可达到0.65 dB/mT, 最小可分辨磁场可达167 nT。将MEMS敏感结构与光纤检测相结合, 该传感器兼备了两者的优点, 结构紧凑、制作工艺简单、工作时无需电流激励。

提出了一种采用垂直梳齿驱动器驱动的大尺寸、大扭转角度、低驱动电压微光机电系统(MOEMS)扫描镜。理论分析了垂直梳齿驱动器的工作原理, 研究了垂直梳齿的制作工艺, 采用体硅加工工艺结合硅-硅键合工艺制作了垂直梳齿驱动的MOEMS扫描镜。制作的扫描镜镜面尺寸为3 mm×2 mm, 谐振频率为1.32 kHz。测试表明,该扫描镜镜面具有很好的光学表面, 其表面粗糙度的均方根只有8.64 nm; 扫描镜在驱动电压为95 V时可以实现最大2.4°的扭转角度; 测得其开启时的响应时间为1.887 ms, 关断时的响应时间为4.418 ms。

为了设计用于光相位调制器平动微镜的无交叠梳齿驱动器，建立了保角变换数学模型，研究了驱动器的驱动特性。从复变函数理论出发，建立了驱动器的保角变换静电场解析模型; 以动齿受力为研究对象，根据不同情形下的动齿受力特点，求解了一定区间内动齿的静电力并与有限元模拟计算结果进行了对比分析。采用微机电系统(MEMS)工艺制作出了无交叠梳齿驱动器，搭建了Michelson干涉仪光学测试系统，测试了无交叠梳齿驱动器的静态驱动特性。实验结果表明，所制作的无交叠梳齿驱动器在28 V偏压下机械位移可达325 nm，相位差为2π; 在90 V的偏压下能够获得2.07 μm静态位移。测试结果与保角变换及有限元模型分析结果一致，验证了所建数学模型的正确性，为无交叠梳齿驱动器的设计提供了理论与实验基础。

对Si/Glass激光键合进行了有限元仿真，自主设计激光键合系统并进行了Si/Glass激光键合实验研究、测试与表征。以Si/Glass激光键合的二维传热解析模型为理论基础，应用有限元软件ANSYS仿真了激光功率20~48 W时激光键合的三维温度场、键合熔融深度，并预测键合阈值功率为28 W。自主设计激光键合系统及实验方案，采用光斑直径150 μm、功率30 W的NdYAG连续激光实现了Si/Glass的良好激光键合。测试结果表明，激光键合强度最高为阳极键合的5.2倍，激光键合腔体气密性测试泄漏率平均值约9.29×10-9 Pa·m3/s，与阳极键合处于同一数量级。采用能谱分析(EDS)线扫描Si/Glass激光键合的界面材料成分，发现键合界面形成过渡层，激光功率30 W时过渡层厚度9 μm，与仿真结果吻合。

为了在限定驱动电压下获得大镜面尺寸、大扭转角度的微镜阵列, 提出了一种多台阶平板静电驱动结构的微镜阵列。理论分析了多台阶平板结构与平行平板结构在静电驱动时的区别。研究了多台阶平板结构的制作工艺并采用体硅加工工艺制作了多台阶平板静电驱动的微镜阵列, 获得了微镜面尺寸达到600 μm×200 μm, 包含52个微镜面排布, 占空比高达97%的微镜阵列。测试表明, 制作的微镜面结构在驱动电压为164 V时可以实现最大1.1°的扭转角度, 相对于传统的平行平板静电驱动结构大大降低了驱动电压。

A novel design and fabrication approach for a high fill-factor micro-electro-mechanical system (MEMS) micromirror array-based wavelength-selective switch (WSS) is presented. The WSS is composed of a polarization-independent transmission grating and a high fill-factor micromirror array. The WSS is successfully demonstrated based on the fabricated high fill-factor micromirror array. Test results show that the polarization-dependent loss (PDL) is less than 0.3 dB and that the insertion loss (IL) of the wavelength channel is about –6 dB. The switching function between the two output ports of WSS is measured. The forward switching time is recorded to be about 0.5 ms, whereas the backward switching time is about 7 ms.

报道了一种基于多模干涉(MMI)耦合器的马赫曾德尔干涉仪(MZI)型2×2集成热光开关的实验研究结果,插损为3.40 dB,偏振相关损耗为0.47 dB,直通和交叉状态消光比分别为32.01 dB和16.42 dB,响应时间小于3 ms,开关功耗为658 mW。针对直通和交叉状态消光比不对称的现象,从理论上做出了解释,因为半导体平面光波电路(PLC)工艺一致性较好,两个多模干涉耦合器的分光比虽然因工艺误差偏离50:50,但误差量相近,这个特点对光开关直通和交叉状态的消光比产生了不同影响。分析了在波导上制作加热电极对波导有效折射率的影响,估算其增量在2×10-4量级。

提出了一种基于斜光栅辅助的非对称耦合器型光分插复用器。运用复合波导的三维正交模式,对器件的三种可能的结构进行了理论分析,选出粗波导光栅型结构。利用耦合模理论,模拟了斜光栅的耦合特性并对其倾斜角进行优化设计。通过回波峰值设计法,将器件的工作波长放在波分复用信道之内,回波峰值波长放在波分复用信道之外,使得器件的性能大有提高。模拟结果表明器件的串扰可达到-30 dB,回波损耗可达到-25 dB。同时,器件的关键工艺容差较大,易于批量化生产。当斜光栅的倾斜角度在2.5°到4.5°之间时,器件的串扰低于-28 dB,回波损耗低于-22 dB。

利用传输矩阵法分析了级联长周期光栅的光谱特性,讨论了级联处光纤的长度、位置以及包层模损耗系数对级联长周期光栅光谱的影响,并对级联长周期光栅和相移长周期光栅的光谱进行了比较。结果表明两者光谱在级联光纤长度较小或级联位置靠近光栅两端时具有较强的一致性,而在级联处光纤较长并且级联位置在中间时,两者表现出截然不同的光谱特性;在不考虑其他损耗的情况下,如果只改变级联处光纤长度,级联长周期光栅总量守恒;此外,当级联长周期光栅在级联处光纤包层模损耗系数较大时,级联长周期光栅的光谱等效于两个长周期光栅光谱的非相干叠加,从而为长周期光栅增益均衡器的优化设计和制作提供了一个简便有效的方法。