由于衍射极限的存在, 传统光学透镜成像分辨率理论上只能达到入射光波长的一半。通过恢复和增强携带物体细部特征信息的高频倏逝波, 基于表面等离子体的平面金属透镜有望突破这种光学衍射极限, 实现超分辨成像。本文对平面薄膜式与纳米结构式两类平面金属透镜进行了综述, 详细介绍了若干典型平面金属透镜的结构设计、工作机理及其聚焦性能, 并对其特点与存在的问题进行了分析与讨论。由于光波在金属中传播时存在一定损耗, 如何更高效地增强高频倏逝波信号并转换成传播波, 使其参与成像, 以更好地实现远场超分辨成像, 以及如何进一步增大近场超高分辨率聚焦光斑焦深以及减小远场聚焦光斑尺寸, 是表面等离子体平面金属透镜进一步研究的重点。

微流控设计技术对于提高微流控设计效率，降低研发成本具有重要意义。微流控设计技术中的系统级建模与仿真是实现微流控快速设计、优化、验证的重要方法。本文首先对微流控设计 的原理和方法做了简要介绍。在此基础之上，重点论述了微流控系统级设计中的两种主要方法——节点分析法和等效电路法，对两种方法的建模与仿真理论进行了分析，并总结了两种方法近十年来在国内外的研究发展概况和最新进展。最后，分析总结了这两种方法的优缺点，并对微流控系统级设计技术进行了总结与展望，指出微流控系统级建模与仿真技术在解决大规模、复杂性、多功能微流控系统的设计方面有巨大的优势。

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.

为了预测MEMS器件与电路组成的完整MEMS系统的行为，建立了一个支持MEMS器件与电路共同仿真的原型系统。首先，根据MEMS系统级仿真与模拟电路仿真的共同特性，提出了MEMS器件与电路共同仿真的原理和方法，并依托国产电路仿真平台Zeni VLG建立了共同仿真原型系统的框架结构；然后，分别根据修正节点分析方法和模拟电路行为级建模方法开发了该共同仿真原型系统所必需的两个参数化模型库。通过一个跷跷板式微加速度计分别与其开环电路和闭环带载波电路的共同仿真对原型系统和模型库进行了测试，与国外商业软件Saber对比，开环仿真结果相对误差为2.1%，表明提出的原型系统能够有效进行MEMS器件与电路共同仿真，并且具有较高的精度。

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。