[发明专利]基于光波导结构的微驱动器

说明书

本发明涉及一种基于光波导结构的微驱动器，其结构包括光波导层和驱动臂两部分。其中，光波导层含有光波导结构和光热转换区域；光波导层和驱动臂两层或者多层以上下叠加的形式组合而成。其中，所述光波导层可为单层或者多层，光波导结构可为直波导、“U”形波导、Y分支、定向耦合器、环形谐振腔、波导光栅或马赫‑曾德尔结构及其变换形式，光热转换区可位于光波导结构的芯层或者包层或者驱动臂或者光热转换区位于光波导层和驱动臂之间或者光波导层表面。本发明提供的基于光波导结构的微驱动器，利用光波导结构控制入射的光信号的导模传输，有利于实现微光机电系统的小型化，集成化和多重控制。

技术领域

本发明涉及一种基于光波导结构的微驱动器。

背景技术

随着人类向微观世界不断探索和研究，微光机电系统（Micro optical electromechanical System, MOEMS）作为微纳米技术中一个重要的分支领域得到了世界研究者们的关注和重视，在微执行器、微传感器、微动力系统等领域得到广泛地应用。其中，微驱动器作为微光机电系统的重要执行机构及动力源,自诞生以来即成为微光机电系统的重要组成部分，是该领域的关键技术之一。近年来,包括微马达、微阀门、微齿轮、微泵、微机械开关在内的微驱动器被不断实现，使得以往常规尺寸的传感器、驱动器、计算器能够集成在厘米、毫米级别尺寸的系统内，使以往不能实现的构想逐渐变为现实，深刻的影响到了人类社会生活的方方面面。从驱动方式来看，微驱动器主要有静电驱动型、压电驱动型、磁致伸缩驱动型、磁驱动型和热驱动型等。这些驱动机构多通过电信号控制，虽然可将其主体尺寸可以做到很小，但大多需要通过导线与外部的控制系统连接,或需要内置电池作为电源，总体结构难以微型化，同时缺乏独立性，制约了它们的应用范畴。

目前，将激光作为控制信号和能量来源，利用光的热效应实现微驱动器的驱动和控制是解决上述问题的有效途径之一。激光具有较高的能量密度、极好的方向性和良好的操控性，是实现微驱动器远程操控的理想媒介。与其他微驱动方法相比，利用光热效应驱动具有很多独特的优势。激光可在自由空间和介质传播，能够实现非接触式的驱动；激光定向性好，能够实现微驱动器的远距离操纵；无需电流的介入,避免了系统中的电磁干扰问题；无需布置金属导线，能够有效减少驱动系统的重量、体积和复杂度，便于实现微型化和系统集成。现有的光热驱动技术多依赖于激光光束本身在膨胀臂形成的光斑作为热源，整个膨胀臂受热不均匀，限制了光热驱动效率；另一方面，对包含多个驱动臂的系统进行控制需要多个激光光束，增大了控制系统的复杂度，不利于整个系统的小型化；此外，为了获得更大的光热偏转驱动量，需要增大激光功率，极易导致驱动臂局部温升过高，造成微驱动器的失效和损坏。这些问题都在一定程度上制约了光热驱动的进一步发展。因此，迫切需要利用新的原理、方法和技术克服上述瓶颈。

近年来，光学系统的薄膜化、微型化和集成化，为微光机电系统的进一步发展提供了坚实基础。此外，光学系统在光通信、光传感技术、光学信息处理、光子计算机与光存储等众多方向也具有重要的应用价值。

发明内容

发明目的：因本发明公开了一种基于光波导结构的微驱动器，将光信号引入光波导结构实现导模传输，通过光波导结构对激光进行操控，并利用光的热效应加热驱动臂，通过热膨胀实现驱动臂的动作。该微驱动器具有小型化、集成化的优点，并可实现光热微驱动器的多重远程控制。利用光波导结构，可以对光的传输及光热产生区域等实现精确的操控，实现微驱动器的精确可控驱动。

技术方案：一种基于光波导结构的微驱动器，基于光波导结构的微驱动器包括光波导层和驱动臂两部分；光波导层上设置光波导结构和光热转换区域；基于光波导结构的驱动器由所述光波导层和驱动臂两层或者多层以上下叠加的形式组合而成。通过将光信号引入光波导结构形成导模传输，导模传输至光热转换区域产生热效应，实现驱动臂的动作。

具体的，上述基于光波导结构的驱动器由光波导层和驱动臂两层上下叠加，或者由驱动臂和光波导层上下叠加，或者由两层光波导层上下叠加，或者由光波导层、驱动臂和光波导层依次上下叠加构成。