基于微机电系统（Micro-electromechanical Systems，MEMS）的非本征光纤珐珀超声传感器具有抗电磁干扰、信号传输距离远、体积小、质量轻等特点，对电力设备中局部放电所释放的超声信号有着良好的检测与定位能力。该型传感器的敏感结构通常为圆形完整膜片，其加工方法相对简单，但是膜片的内外温度差异或压力不平衡会导致传感器性能指标的偏移，减小或消除这种影响是促进光纤珐珀超声传感器工业化应用的基本前提。提出了一种基于多孔式敏感膜片的光纤珐珀超声传感器，敏感膜片采用MEMS工艺制造，其厚度仅有5 μm，加工方法简单，成本低廉；进一步地，结合3D打印技术与防水透声膜完成了敏感膜片的保护性封装。实验结果表明：该传感器在液体中具有良好的超声响应，静压灵敏度可达到1.25 V/Pa，距离衰减、方向响应与静态压力等性能与空气中保持相同规律，且通气孔避免敏感膜片内外出现气压不平衡的情况。因此，该传感器在液体中局部放电检测领域展现出较好的应用潜力。

本文设计了一种基于纳米尺度分布式布拉格反射光栅(nano-DBR)结构的一维光子晶体宽禁带波长调制系统。根据155 μm通信光所在波段性质,DBR被精确的设计成光子带隙材料,由硅／空气多层结构周期性重复组成。其中,可动DBR受外力作用发生位移,利用间距的变化调制光子晶体透射谱的变化。采用严格耦合波分析(RCWA)来计算6个周期带隙结构的峰值透射谱变化。通过对模拟数据的统计分析,可得出所设计的nano-DBR一维光子晶体系统,在对应两个DBR间距位移变化从0到1 μm时,对应的一级透射峰可调制的范围在155 μm～27 μm,峰值最低透射率为0836 6。该系统灵敏度可达12~13左右。与同类型波长调制传感系统比较,在理论上具有更宽带隙调制范围,高辨识度和高灵敏度的优势。

为了提高引信状态控制的安全性, 增强其抵抗引信内、外强电磁干扰的能力, 提出了一种应用于微小型引信安全系统的硅基微光机电保险机构。该机构采用光纤作为过程能量传输的载体, 通过静电驱动方式实现对光纤光路错位与对准的控制, 达到引信安全与解除保险的目的。设计了MOEMS保险机构的总体结构和耦合光路, 并对它进行SOI+DRIE工艺设计和加工。通过开展静电微驱动器性能测试试验和光路性能测试试验得出, 静电微驱动器能够实现130 μm 的大位移输出, MOEMS保险机构的解除保险时间和恢复保险时间分别为13 ms和5 ms, 光能传输效率为461%。所设计的MOEMS保险机构能够满足功能要求, 具备天然的抗电磁干扰能力, 有效提高了引信的本征安全性。

综述了近年来国内外阵列检测型、光栅扫描型、滤光片型、傅里叶变换型和阿达玛变换型等多种类型微型近红外光谱仪关键技术的研究进展, 详细讨论了各种类型的优缺点、适合的应用领域及存在的问题。最后, 对微型近红外光谱仪的应用和发展趋势进行了总结和展望。

微光机电系统（MOEMS）微镜在激光显示、光束扫描、自适应光学等领域都有重要应用。现有的MOEMS微镜驱动器一般为静电吸引型, 难以克服其吸合效应造成的各种问题, 同时, 方形的驱动器难以与圆形的镜面形成良好匹配, 填充比较低。提出了一种环形静电排斥驱动器的MOEMS微镜, 该静电排斥驱动器以环形排列, 并围绕在镜面的周围, 达到了与圆形镜面的良好匹配。所设计的微镜口径为204 μm, 并利用PolyMUMPS表面工艺进行加工。模拟仿真及实验测试结果显示, 该微镜具有0.62°的最大旋转角, 494 μs的响应时间和1.191 kHz的工作带宽, 适用于一般光束扫描等的应用需求。

针对目前环境、医疗、空间、气象、**及安全等领域对傅里叶变换红外光谱仪微小型化、轻量化及固态化的迫切需求, 提出并研究了一种以MOEMS多级微反射镜为核心器件的空间调制微型傅里叶变换红外光谱仪。在理论研究方面, 建立了空间调制微型傅里叶变换红外光谱仪的物理模型, 探究了该系统的光场分割与空间采样的光学原理; 分析了多级微反射镜的衍射效应, 提出了一种通过补边抑制衍射噪声抑制方法; 进行了多级微反射镜采样误差的分析, 并提出了基于最小二乘拟合的修正算法; 通过对光源空间相干性、准直系统像差以及入射光场均匀性的分析, 确定了光学系统的总体设计指标; 通过对多级微反射镜基片加工精度、分束器材料色散特性和膜层透射效率等的计算分析, 确定了干涉系统的设计方法与技术参数。在核心技术方面, 提出了两个多级微反射镜的3种制作方法, 分析了制作误差的来源及对系统性能的影响。通过工艺设计及实验条件探索, 分别采用电铸法、真空镀膜法以及斜面倾角叠片法制作了两个多级微反射镜。在系统设计方面, 进行了红外准直与缩束系统的光学设计, 对整体光机系统进行了建模仿真, 分析了杂散光噪声的来源。在图谱处理方面, 利用过零采样方式, 通过图像分割算法, 获取了干涉图采样序列; 通过对干涉图序列的插值、补零、延拓与卷积方法, 完成了光谱相位误差的校正; 通过离散傅里叶变换解调, 实现了由干涉图像到信号光谱的数据反演。最后研究了系统光机整体的集成组装技术, 并对原理样机进行了实验测试。本文研制的空间调制微型傅里叶变换红外光谱仪的特点在于: 取消了动镜驱动机构与采样控制机构, 具有微小型与轻量化的特点; 干涉图的采样由多级微反射镜完成, 其空间采样的方式增加了系统的稳定性与可靠性, 实时采样的特点增加了系统的快速性与有效性; 多级微反射镜阵列采用MOEMS工艺技术制作, 增加了系统的采样精度。该光谱仪系统的结构及制作方法具有自主知识产权, 并具有广阔的应用前景。

基于哈达玛变换算法和微光机电系统(MOEMS)微镜的良好可编程性，提出了一种改善新型空间调制傅里叶变换光谱探测系统信噪比的方法。对哈达玛变换算法应用于该系统做了理论分析并搭建了实验系统进行验证。结果表明，经过哈达玛变换处理后的干涉信号噪声明显减小，复原光谱旁瓣得到明显抑制，信噪比显著提高。

设计了一种基于AlGaInP发光材料的像素为320×240、单元像素面积为100 μm×100 μm 微型LED阵列。通过仿真和分析, 设计了一种双条形电极结构。考虑到不同电极宽度下的电流分布情况以及电极的遮光效应, 设计了电极宽度为13 μm 的优化电极结构, 使得每个发光像素的表面出光面积比为50.15%, 并分析了电极对有源层出射的光的反射影响。制定了基于MOEMS工艺的微型LED器件的制作流程并进行了基本实验研究, 最终给出了制作出的上电极的单个单元照片。

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。

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。