基于体硅微加工技术，设计了一种闪耀角可调的微型可编程光栅，对该光栅进行优化设计，并理论计算不同闪耀角、入射角条件下相对光强分布，采用COMSOL有限元仿真软件模拟不同入射参量下远场相对光强分布.结果表明：设计的可编程光栅有效反射面积占光栅总面积的83.63%，比表面微加工技术设计的光栅提高8%以上，最大工作闪耀角为6.84°；当532 nm波长垂直入射时，0~10°闪耀角调制范围内最大衍射效率为96.67%.

为了降低可调光滤波器的带宽，采用双光栅结构和基于微机电系统的反射镜相结合的方法，构建了具有波长连续可调谐的超窄带宽滤波器，并进行了理论分析和实验验证，取得了滤波带宽小于0.4nm的数据。结果表明，双光栅结构的光滤波器具有性能稳定、重复性优良的性能特点，并且很好地满足了带宽需求。这种结构显著降低了可调谐光滤波器的滤波带宽，提高了系统的稳定性。

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。

提出了一种电解水式驻留微气泡减阻的柔性微机电系统(MEMS)蒙皮技术, 研究了蒙皮结构设计以及加工工艺。设计了一种包含柔性基底层、金属电极图案层和微凹坑阵列层的三层式蒙皮结构, 提出了两种基于MEMS工艺的制作方法。分别采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)和SU-8胶材料制作了微凹坑阵列层, 并对其关键工序进行了实验研究。以SU-8胶为微凹坑阵列材料制作了柔性MEMS蒙皮样件。所制样件中, 圆柱形驻气凹坑的直径为40 μm、深度为50 μm、密度为6.25×104/cm2、样件总厚度为90 μm, 可弯曲并贴附于截面直径为28 mm的圆柱体表面而不损坏。结果显示了MEMS减阻蒙皮工艺的可行性, 证明将电解水式驻留微气泡的柔性减阻蒙皮设计与MEMS工艺有机结合, 是一种航行体表面减阻的有效技术途径。

基于三层多晶硅表面加工工艺和自适应光学经验公式，设计并制作了一种静电驱动的16单元连续面形微机电系统（MEMS）变形镜(DM)，并用ZygoNewView7300白光干涉仪对样片的静态特性和动态响应特性进行了测试。静态测试结果表明，器件在150 V电压下的最大形变量为0.667 μm，相邻单元之间的交联值为9%，镜面位置重复性为10%。动态测试结果表明，器件对正弦驱动信号的响应时间小于30 μs，响应曲线近似为一条余弦曲线，谐振频率为36 kHz。该变形镜可用于自由空间光通信、激光光束整形、波前畸变校正、投影显示、生物医学成像和人眼视差校正等重要领域。

为了克服常规静电微机械驱动器所存在的静电吸合现象,基于非均匀分布的静电场可以产生排斥力的原理,设计了一种新型的微机电系统变形镜驱动器。驱动器由5组电极构成,最大的一组由中心质量块和位于正下方的下电极组成,其它4组分别位于各条边上。中心质量块由4根L形弹簧支撑,每根弹簧分别固定于驱动器的4个锚点。利用有限元软件对驱动器的频率响应和暂态响应特性进行了仿真,结果表明,谐振频率高达4 kHz,暂态响应时间小于0.05 s。利用表面硅工艺加工出了驱动器,并利用白光扫描干涉仪对驱动器的静态位移电压特性进行了测试,测得驱动器在70 V激励电压下的形变量为1.4 μm。

残余应力是微机械表面加工过程中不可避免的,残余应力的存在会影响微机械器件的性能。通过引入等效力学模型,推导出残余应力作用下静电驱动微镜的吸合电压和行程的表达式,定量地研究了残余应力对吸合电压和行程的影响。同时还研究了残余应力对微镜本征频率的影响,发现本征频率随着残余拉应力的增加而增大。采用白光干涉仪对不同残余应力情况下的微镜表面形貌进行了实验测试,结果表明,残余应力会引起表面翘曲,从而使微镜的斯特列尔比下降,成像质量变差。

随着微机电系统的发展,器件设计和加工过程中的表征成为一个主要问题。提出了将扫描白光干涉表面轮廓测量方法用于微结构和器件的几何特性检测上。测量系统采用了米劳显微干涉仪,利用压电陶瓷物镜纳米定位器实现垂直方向100 μm范围内的精确扫描,并通过傅里叶变换算法获取条纹包络峰的位置,进而得到器件的整体集合尺寸信息,与相移干涉方法相比大大提高了测量范围。通过测量纳米台阶对该系统进行了精度标定,测量重复性在亚纳米量级。最后通过测量微谐振器和微压力传感器的几何尺寸说明了该方法的功能。

描述了一种用于微机电系统(MEMS)纳米级微运动测量的Mirau显微干涉系统.该系统利用商业化的Mirau显微干涉仪,它直接安装在光学显微镜上,用于测量一个表面微加工水平谐振器的三维运动.面内运动取决于亮场在最佳焦平面处的图像,而离面运动则取决于频闪得到的干涉图像,该图像在物镜纳米定位器的8个不同位置处得到.实验结果表明了系统进行面内和离面运动测量的纳米级分辨力.

光栅光阀是一种基于微型机电系统(MEMS)工艺的光调制器,利用其表面具有的可选择的变形部分(可动光阀),提供衍射光栅,被应用于投影显示等领域。光栅光阀的光学性能决定其在投影显示系统中应用的成败。依据多光束干涉理论和衍射理论对光栅光阀工作状态的光学特性进行了详细的理论分析和计算机仿真。结果说明,光栅光阀在工作中处于“开”态时,可动光阀下降的距离应该是入射波长的1/4倍;设计时选择h=λ0/2,δ=λ0/4;当间隙处的反射率不同时,占空比对光栅光阀的光学特性有着不同的影响,给出了占空比与反射率的最佳组合值。