[发明专利]一种角度可调的微角锥反射镜阵列结构及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及微角锥反射镜，具体是一种角度可调的微角锥反射镜阵列结构及其制造方法。

背景技术

无线激光通信具备发射角极小、定位精度高、抗干扰能力强、信号传递通道窄、保密性好、信道容量大、码率高的特点，在日常生活、军事应用以及航天中均扮演着十分重要的角色。目前，无线激光通信可分为以下两种：一种是主动式无线激光通信，另一种是被动式无线激光通信。其中，主动式无线激光通信又可分为两种方式：第一种方式是在发射端发射激光信息中隐含自身的地理位置信息。此种方式比较简单实用，但是其涉及信息处理和信息安全等问题。第二种方式是接收端多个几何分布的光电探测器感知入射激光束的照射情况，由此判别入射方向，再采用高灵敏度位置传感器和相应的电子伺服控制系统，跟踪瞄准入射方向。此种方式较复杂，不利于无线激光通信系统的小型化。相较于主动式无线激光通信，被动式无线激光通信采用被动跟踪入射激光的方式，其无需跟踪和发射激光部件，可以大为减小系统的体积和复杂度。

微角锥反射镜是实现被动跟踪入射激光的关键部件。微角锥反射镜的特点是有互相正交的三个镜面，任意方向的光信号经过三个镜面反射后，均会沿着与入射方向相反的方向反射回发射端。如果微角锥反射镜的某一个镜面可以发生偏转，则可以对入射激光进行调制。目前，微角锥反射镜的制造方法可分为以下两种：一种是基于体硅工艺的制造方法，另一种是基于表面硅工艺的制造方法。基于体硅工艺的制造方法是指：在一个基片上制造出可偏转的底镜，在另一个基片上制造出十字形侧镜，再通过组装工艺将十字形侧镜安装到底镜基片上，由此形成微角锥反射镜（例如Berkeley大学Pister教授提出采用两块侧镜分别加工再组装方式制造的微角锥反射镜，制造工艺较简单；美国University of South Florida大学研究小组提出采用深刻蚀和氢氧化钾腐蚀的方法制造硅基十字形侧镜，能得到正交度89.7°，表面粗糙度39nm的硅镜面；韩国Kwangwoon大学研究小组提出了一种基于氢氧化钾选择性腐蚀（110）硅面的体硅工艺来制造十字形侧镜，能使得微角锥反射镜侧面垂直）。基于体硅工艺的制造方法的优点是集成工艺较为可靠，但其存在如下问题：由于组装工艺的精度所限，无法确保镜面的垂直度（即无法确保十字形侧镜与底镜完全垂直），由此制约微角锥反射镜的成品率和工作性能。基于表面硅工艺的制造方法是指：在基片上利用牺牲层工艺制造出微角锥反射镜的三个镜面，然后在应力、表面张力或外部力驱动下，使三个镜面组装成微角锥反射镜（例如Berkeley大学Pister教授提出的利用光刻胶表面张力实现反射镜自对准组装；台湾Jui-che Tsai教授采用的探针组装反射镜）。基于表面硅工艺的制造方法的优点是整体工艺较简单，镜面粗糙度低，但其存在如下问题：组装工艺不成熟，随机性太大，不适合批量集成加工，无法确保镜面的垂直度（即无法确保三个镜面完全垂直），由此制约微角锥反射镜的成品率和工作性能。综上所述，无论是基于体硅工艺的制造方法还是基于表面硅工艺的制造方法，均因组装工艺的限制而无法确保微角锥反射镜的成品率和工作性能。基于此，有必要发明一种全新的微角锥反射镜的制造方法，以解决现有微角锥反射镜的制造方法存在的上述问题。

发明内容

本发明为了解决现有微角锥反射镜的制造方法因组装工艺限制而无法确保微角锥反射镜的成品率和工作性能的问题，提供了一种角度可调的微角锥反射镜阵列结构及其制造方法。

本发明是采用如下技术方案实现的：一种角度可调的微角锥反射镜阵列结构，包括正方形硅基片、正方形二氧化硅层、铂钛下电极层、正方形铂钛底镜、PZT压电驱动悬臂梁、PZT平衡梁、铂钛上电极层、十字形侧镜、金层；

正方形硅基片的正面与背面之间贯通开设有正方形通孔；

正方形二氧化硅层层叠于正方形硅基片的正面；正方形二氧化硅层的正面与背面之间贯通开设有四组通孔；四组通孔围绕正方形通孔的轴线对称分布，且正方形通孔完全覆盖四组通孔；每组通孔均包括一个直角V形通孔和两个直角梯形通孔；两个直角梯形通孔的下底壁分别与直角V形通孔的两个端壁齐平；两个直角梯形通孔的斜腰壁相互平行且位置正对；两个直角梯形通孔的上底壁与直角V形通孔的内侧壁之间形成有一个正方形岛状部；两个直角梯形通孔的斜腰壁之间形成有一个斜向梁状部；两个直角梯形通孔的直腰壁与直角V形通孔的内侧壁之间形成有两个正向梁状部；四个直角V形通孔的外侧壁之间形成有一个十字形梁状部；