[发明专利]一种基于U+V型结构的电热微驱动控制光路通断装置

说明书

本发明公开了一种基于U+V型结构的电热微驱动控制光路通断装置，属于MEMS微驱动器技术领域。该装置包括驱动机构、锁止机构，其中驱动机构包括由N个U型悬臂梁相级联构成的驱动器、N对U型悬臂梁锚点以及N对U型悬臂梁电极贴片；锁止机构包括由M个V型悬臂梁构成的V型悬臂梁阵列、两个V型悬臂梁锚点以及两个V型悬臂梁电极贴片。通过在电极片上施加电压，将驱动机构可靠地锁止于非驱动或驱动状态，实现对高能光路的有效通断控制。相比于其他微驱动方式，本发明采用U型悬臂梁电热微驱动机构和V型悬臂梁锁止机构的逻辑配合，驱动可靠性高、能耗低、成本低且系统兼容性好，是一种性能优良的MEMS驱动器。

技术领域

本发明属于MEMS微驱动器技术领域，特别涉及一种基于U+V型结构的电热微驱动控制光路通断装置。

背景技术

MEMS微驱动器是微机电系统中的一项关键技术，主要包括静电型驱动、电磁型驱动、电热型即热膨胀型驱动、压电型驱动和智能材料驱动。静电驱动利用静电荷的库仑力产生吸引或排斥使驱动器产生位移，其结构简单、控制方便、系统集成制造性好、作用行程较大、响应频率高，但所需驱动电压高，较高的电压会造成电极板之间的绝缘层被击穿，长期工作会造成电荷的累积，影响工作稳定性和使用寿命；电磁驱动利用磁场中的电磁力或载流体受到的洛伦兹力驱动作动器，其控制简单、相应快、输出力矩大、作用行程范围大、价格低廉，但结构尺寸大、系统兼容性较差、能耗高和温漂噪声大等缺点明显；压电型驱动器利用压电材料的逆压电效应产生驱动效果，其优点是响应速度快、输出稳定性好，但所需电压大、功耗高；智能材料驱动器利用形状记忆合金的形状记忆效应实现驱动，其作用范围大、功耗非常低，但所需响应时间长。

电热驱动器利用金属材料的焦耳效应，产生热量，使具有热膨胀效应的材料通过热膨胀产生驱动效果。在MEMS技术领域，电热驱动是一种较为有效的驱动形式，通过不同的结构设计可以满足不同场合驱动器的位移要求，其驱动电压低、系统加工制造兼容性非常好、驱动行程和力矩较大，相比于电磁驱动器响应时间较慢，但相比于记忆合金响应速度较快，整体性能良好。将电热微驱动器应用在控制高能光纤的光路通断中，实现MOEMS光逻辑控制方面目前还存在研究空白。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于热膨胀原理、驱动可靠性高、能耗低、成本低及系统兼容性好的电热微驱动控制光路通断装置。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于U+V型结构的电热微驱动控制光路通断装置，包括驱动机构、锁止机构；

所述驱动机构包括由N个U型悬臂梁相级联构成的驱动器、N对U型悬臂梁锚点、N对U型悬臂梁电极贴片；其中，每个U型悬臂梁包括：位于U型结构一侧的热臂，位于U型结构另一侧的冷臂和柔性臂，其中冷臂的一端与热臂的一端相连，冷臂的另一端与柔性臂的一端相连；每对U型悬臂梁锚点包括第一锚点、第二锚点，柔性臂的另一端固连于第一锚点，热臂的另一端固连于第二锚点，第一锚点、第二锚点上分别固连第一电极贴片、第二电极贴片；N个U型悬臂梁热臂与冷臂相接的一侧均固连于连接装置；连接装置上远离U型悬臂梁的一侧设置第一锁紧装置、第二锁紧装置，两个锁紧装置之间的距离为驱动器的水平驱动位移；冷臂的宽度大于热臂的宽度，热臂与柔性臂的宽度相等，同时柔性臂的长度小于冷臂的长度；连接装置为绝缘体；

所述锁止机构包括由M个V型悬臂梁构成的V型悬臂梁阵列、两个V型悬臂梁锚点；所述V型悬臂梁阵列的几何中心位置处设置第三锁紧装置，该第三锁紧装置与V型悬臂梁阵列相接触的部分为导体，非接触的部分为绝缘体；V型悬臂梁阵列的一端固连于第三锚点，另一端固连于第四锚点，第三锚点、第四锚点上分别固连第三电极贴片、第四电极贴片；

N对U型悬臂梁锚点位于同一水平线、两个V型悬臂梁锚点位于同一水平线，所有的锚点位于同一水平面，且厚度均相同；U型悬臂梁、V型悬臂梁均为导体；