[发明专利]SMA驱动的双稳态反射镜平动式光栅光调制器及其阵列

说明书

技术领域

本发明涉及光调制器技术领域，具体涉及一种光栅光调制器及其阵列。 

背景技术

MOEMS（Micro-Opto-Electro-Mechanical Systems,微光机电系统）技术是MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems，微机电系统)技术和光学技术的进一步融合，具有天生的优势，它可以实现微型光学元件和控制电路的集成，具有可大批量制造，单位成本低，体积微小，响应速度快，性能可靠等优势。目前，基于MOEMS技术制造的光调制器以其优良的性能获得高速的发展和广泛的应用，典型的有美国德州仪器公司的数字微镜器件DMD和硅光机械公司的光栅光阀GLV，他们在投影显示、自适应光学、传感器、光通信、微型化光学平台等方面也得到了广泛应用。利用MOEMS技术实现对光的强度、相位、偏振的操作和控制而衍生出的更多更广的功能性开发，已成为该领域的重要应用研发趋势。由重庆大学提出的基于MOEMS的光栅光调制器，利用光栅衍射原理实现光学调制在投影技术应用上取得了丰硕研究成果，但现有的光栅光调制器，如重庆大学提出的申请号为200510020185.3的中国发明专利中公开的反射镜平动式光栅光调制器，对上下反射面的间距的控制要求比较高，在不加电和加电两个位置容易随着驱动电路电压波动形成位置漂移，造成上下反射面的间距参数与设计参数存在差异，不能获得预期的衍射效果。特别是在施压电压情况下，梁停留在下拉位置的某一高度是靠驱动电压决定的，而如果要在非接触工作方式下拉时保持光栅位置悬空在某一高度不变，就要一直保持施加恒定的电压，对驱动电路的稳定性要求较高，增加了驱动电路的复杂度。另外，在长期使用过程中，当静电下拉由于干扰出现下拉过度造成吸合现象后，一旦平动式光栅光调制器上下表面间的范德华力、陷阱电荷积累产生的静电力等表面力超过悬臂梁的弹性回复力，在没有其它向上的外加拉力的情况下，容易造成粘附使得器件无法再弹起而失效。但如果改变器件工作方式，使得下拉时平动式光栅光调制器上下表面接触，虽然保证了器件位置稳定而无漂移，可是更加容易造成器件粘附失效。另一方面静电驱动要获得大行程的位移，通常要较高的驱动电压，为了和现有常规数字芯片驱动电路兼容而降低驱动电压的折中方法就是降低悬臂梁的刚性，这更增加了疲劳和粘附的可能。 

在MOEMS器件常用的驱动中，电磁驱动和疏齿驱动由于结构太大不适用于光栅光调制器，形状记忆合金SMA驱动，与压电、静电、热气等驱动方式相比，具有做功密度大、可恢复应变大、变形回复应力大、驱动电压低等优点，但用于光调制器必须和器件具体结构综合考虑设计，才能够有好的效果，而本专利出发点正是将反射镜平动式光栅光调制器的垂直平动进行光学调制的特性与SMA的形状记忆产生稳定的双稳态开关结果有机结合起来，以解决光栅光调制器的工作稳定性和粘附失效问题。 

发明内容

有鉴于此，为了解决上述问题，本发明提出了一种MOEMS技术制造的双稳态反射镜平动式光栅光调制器,利用形状记忆合金在加电升温后材料产生马氏体相变而变形到预设的形状，达到减低光栅非稳态位置驻留引起的位置漂移和防止粘附失效发生的目的，同时具有驱动电压低可以和常规数字芯片驱动电路兼容、大行程、驱动力大的优点。 

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下： 

本发明提出的SMA驱动的双稳态反射镜平动式光栅光调制器，包括如下结构： 

基底，其上用溅射或淀积工艺形成绝缘层； 

位于绝缘层之上一定间距、由支撑梁支撑的可动平板，可动平板具有反射面，并由施加到支撑梁或的偏压驱动做垂直上下移动； 

用于支撑可动平板的支撑梁，该支撑梁由梁体和支撑柱组成，梁体的两端通过支撑柱固定设置于绝缘层上，梁体的中部与可动平板固定连接，梁体的材料为形状记忆合金SMA； 

一个固定光栅，该固定光栅罩于上述部件组成的结构单元之上，并与基底固定，固定光栅与绝缘层之间为可动平板移动的空间间隙； 

驱动电路，通过电极引出线连接支撑梁，可产生不同幅度、不同频率的驱动电流。 

进一步，所述支撑梁有两根，交叉为十字形，中部与可动平板相连，支撑梁位于可动平板下方。 

进一步，构成所述支撑梁的材料有双层，上层为多晶硅，下层形状记忆合金SMA的材料为TiNi合金，固定光栅、可动平板材料为铝；绝缘层的材料为二氧化硅。