微光機(jī)電系統(tǒng)

內(nèi)容概要

近代光學(xué)和光電子技術(shù)的迅速發(fā)展使光電子儀器及其元件（包括光學(xué)元件和機(jī)械零件）發(fā)生了巨大的變化，最重要的變化之一是從宏觀概念發(fā)展到微觀概念，因此，形成了不同的微光學(xué)儀器研究領(lǐng)域:微光學(xué)系統(tǒng)（Micro-Optics）、微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）和微光機(jī)電系統(tǒng)（MOEMS）。    微光學(xué)元件是應(yīng)用現(xiàn)代微加工技術(shù)，例如光學(xué)蝕刻技術(shù)、激光束直寫和電子束直寫以及反應(yīng)離子束蝕刻技術(shù)制造出的一類光學(xué)零件，一般地，這種元件的外形尺寸是微米數(shù)量級(jí)。微光學(xué)元件包括衍射和折射兩種，例如微透鏡、微反射鏡、微扇出光柵、最佳相位元件和偏振器等，已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)（而利用傳統(tǒng)的光學(xué)元件不可能實(shí)現(xiàn)或者是不現(xiàn)實(shí)的）各種光學(xué)功能的強(qiáng)有力工具，幾乎在所有的工程應(yīng)用領(lǐng)域中，特別是在現(xiàn)代國防科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中有重要的應(yīng)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。與傳統(tǒng)的光學(xué)元件相比，微光學(xué)元件最大的優(yōu)點(diǎn)就是可以將大的復(fù)雜光學(xué)系統(tǒng)集成為非常緊湊的形式，使光電子儀器及其零部件更加小型化、陣列化和集成化，因此，微光學(xué)元件是制造小型或超小型光電子系統(tǒng)的關(guān)鍵元件。

書籍目錄

第1章概述　1.1  集成電路和微加工技術(shù)的發(fā)展　1.2　微機(jī)電系統(tǒng)的發(fā)展　1.3　微光學(xué)的最新發(fā)展　1.4　MEMS中的微光學(xué)：MOEMS回顧　　1.4.1　光學(xué)開關(guān)的新發(fā)展　　1.4.2  可調(diào)諧濾光片和波分復(fù)用技術(shù)（WDMs）　　1.4.3　數(shù)字反射鏡裝置　　1.4.4　MOEMS掃描器　　1.4.5　電信領(lǐng)域中的MOEMS技術(shù)　1.5　微系統(tǒng)：術(shù)語和范圍　　1.5.1　世界范圍內(nèi)MEMS和MOEMS的活動(dòng)　　1.5.2　世界范圍內(nèi)的MEMS和MOEMS學(xué)科　　1.5.3　MEMS和MOEMS的世界市場(chǎng)　1.6　本書涵蓋的內(nèi)容　參考文獻(xiàn)第2章　微機(jī)械加工技術(shù)　2.1  概述　2.2　散體微加工技術(shù)　　2.2.1　濕散體微加工技術(shù)　　2.2.2　干散體微加工技術(shù)　2.3  深X射線平版印刷術(shù)（DXRL）　2.4　表面微加工技術(shù)　2.5  與CMOS兼容的MEMS和MOEMS　2.6  以半導(dǎo)體復(fù)合材料為基礎(chǔ)的MEMS和MOEMS　2.7　MOEMS應(yīng)用中與光學(xué)有關(guān)的問題　問題與練習(xí)　參考文獻(xiàn)第3章　微光學(xué)　3.1  概述　3.2　微光學(xué)發(fā)展史　3.3　光束通過微結(jié)構(gòu)和納米結(jié)構(gòu)的偏轉(zhuǎn)　　3.3.1　折射和衍射微光學(xué)元件　　3.3.2　模擬折射率材料　　3.3.3　光子晶體　　3.3.4　諧振濾光片　　3.3.5　對(duì)輪廓形狀的要求　3.4　二元和多階光學(xué)元件　　3.4.1  目的　　3.4.2　二元光學(xué)結(jié)構(gòu)的加工　　3.4.3　多階結(jié)構(gòu)的加工　3.5　連續(xù)面浮雕結(jié)構(gòu)的加工技術(shù)　　3.5.1　平版印刷技術(shù)　　3.5.2　表面輪廓轉(zhuǎn)印到光學(xué)材料內(nèi)　3.6　結(jié)論　問題與練習(xí)　參考文獻(xiàn)第4章　致動(dòng)器和傳感器  4.1  概述　　4.1.1　微致動(dòng)器　　4.1.2　與MOEMS有關(guān)的傳感器　　4.1.3　本章的內(nèi)容  4.2　靜電致動(dòng)器　　4.2.1  背景　　4.2.2　共面致動(dòng)技術(shù)　　4.2.3　異面致動(dòng)技術(shù)　　4.2.4　三維致動(dòng)技術(shù)  4.3　熱致動(dòng)器　　4.3.1　基本原理　　4.3.2　共面致動(dòng)技術(shù)　　4.3.3　異面致動(dòng)技術(shù)　　……第5章　微光學(xué)元件，測(cè)試和應(yīng)用第6章　纖維光學(xué)系統(tǒng)第7章　光學(xué)掃描第8章　顯示和成像系統(tǒng)第9章　自適應(yīng)光學(xué)第10章　MEMS和MOEMS的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)及模擬第11章　MEMS和MOEMS的封裝第12章　MEMS和MOEMS材料書中縮略語注釋

章節(jié)摘錄

　　微光學(xué)技術(shù)可以解決一些常規(guī)光學(xué)不能解決的問題。微光學(xué)的優(yōu)勢(shì)類似于MEMS，為光學(xué)系統(tǒng)尺寸的微型化提供一個(gè)強(qiáng)有力的工具，這是常規(guī)光學(xué)元件加工不可能達(dá)到的?！　「鞣N加工技術(shù)的發(fā)展，包括二元光學(xué)和灰度光刻法、低成本復(fù)印技術(shù)以及改進(jìn)后的衍射光學(xué)設(shè)計(jì)方法，已經(jīng)使加工精度、可靠性和微光學(xué)元件的質(zhì)量得到了提高，并且拓寬了微光學(xué)器件的設(shè)計(jì)及制造種類。　　正如第3章和第5章所述，微透鏡是微光學(xué)裝置的關(guān)鍵元件，幾乎在所有的高級(jí)光學(xué)系統(tǒng)中都需要它。為了滿足光學(xué)系統(tǒng)的所有要求，需要同時(shí)研發(fā)衍射微透鏡和折射微透鏡。微透鏡的兩個(gè)關(guān)鍵特性是速率和填充因子。微透鏡的速率定義為透鏡的焦距與直徑之比，該比值稱為F數(shù)，并用F/比值表示。填充因子應(yīng)用于微透鏡陣列，表示一個(gè)陣列如何封裝。衍射微透鏡陣列的填充因子是100％，但其速率受到限制，對(duì)可見光，限制到F/4如果是近紅外光，可能限制到F/2到F/1。在第3章和第5章將會(huì)看到，材料的折射率對(duì)控制衍射透鏡的速率起著重要作用。為了制造高速率的微透鏡，采用高折射率材料，例如GaAs是比較理想的。圖1-8給出了使用掃描電子顯微鏡（SEM）拍攝的F／0．3高速微透鏡陣列的顯微照片，波長A為10um，微透鏡直徑120um，填充因子100％。

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