[发明专利]一种基于拉链梳齿的MEMS驱动器及其工作方法

说明书

本发明涉及一种基于拉链梳齿的MEMS驱动器及其工作方法，属于微机电技术领域，包括可动部分、固定梳子、固定锚点和基底层，固定梳子和固定锚点均固定于基底层；固定梳子与可动梳子成对交叉分布，施加电压时，可动部分绕同一平面内驱动器外侧一个虚轴点旋转。相比于现有技术，该驱动器采用了拉链梳齿结构，同一梳子上，不同半径的梳齿对应圆心角不同，不同于一般的拉链梳齿，半径越小对应圆心角越小，由半径大的梳齿先驱动，带动半径小的梳齿驱动，有助于减小由于衍架厚度造成的小半径梳齿位移限制，充分利用梳齿间旋转空间，精简结构，该驱动器还可应用于外腔可调谐激光器，可以安装上光栅或者平面镜，实现激光器的窄线宽，无跳模调谐。

技术领域

本发明涉及一种MEMS器件结构，尤其是一种基于拉链梳齿的MEMS驱动器及其工作方法，属于微机电技术领域。

背景技术

近红外波段的可调谐光源一直吸引了众多领域的关注，在诸多工业以及科研用途上已经展现出了非常广大的应用前景。可调谐激光器独特的优点在于，它的结构比较短小紧凑、光谱调谐范围高、输出激光线宽比较窄、生产可以规模化系统化、价格合理等，它在光通信、光谱分析领域、激光检测距离、多行业工艺检测、大气环境分析与污染检测、医学器械、雷达等方面都有广泛的应用空间。现在市面上常见的可调谐激光器大致分为分布式布拉格反射型激光器，分布反馈型激光器阵列、高度集成的分布反馈式激光器阵列以及高度集成的基于MEMS转镜外腔可调谐激光器等等。其中，高度集成的基于MEMS转镜可调谐外腔激光器在小体积、窄线宽方面等方面具有独特的优点。

MEMS(微电子机械系统)是微米尺度量级上的新世纪前沿技术，是指对微米/纳米量级的器件进行设计、加工、制造、测量和控制的技术。它会将机电器件、光学元件、电路控制系统高度集成为一个微型的整体单元，成为一个完整的工作系统。这种工作系统可以采集、加工并发送信息和命令，还可以依据接收到的信息或者命令，根据设定或者依据外部控制要求进行相关处理。MEMS系统的制造需要依靠微电子技术和微加工技术结合，在微米/纳米尺寸上完成，常用技术有硅体微加工、多材料表面微加工、LIGA和多材料键合等技术。通过以上技术合理组合，并根据不同器件材料选择合适的方法调整参数，可以制造出各种性能良好、价格低廉、结构紧凑的执行器、传感器、驱动器和流体系统等等。其中MEMS转镜是MEMS领域中的一个用途很广泛的组成部分，其中一个非常重要的用途就是应用于外腔可调谐激光器，用以作为调谐的驱动镜或者驱动光栅。目前市面上大多应用于外腔可调谐激光器的MEMS转镜都使用一种晶片顶部表面作为反射表面，驱动时绕顶部表面内一点旋转。除此之外，光学层析成像和光学滤波器的能领域的许多应用需要MEMS转镜在平面内平移或旋转镜绕外侧虚轴点移动才能满足需求。顶部表面作为镜子不能满足以上应用的要求，只有具有平面内移动能力的垂直的MEMS反射镜则可以满足需求。

现在一些应用于外腔可调谐激光器的，平面内移动的垂直MEMS驱动器，有些是旋转半径较大但是调谐范围相对较小，如2003年Ionon公司应用于外腔可调谐激光器的MEMS转镜设计；还有一些是调谐范围较大但是旋转半径较小，且结构较大不易于激光器设计，如台湾清华大学的MEMS转镜设计。现有设计不能同时满足外腔可调谐激光器所需的结构紧凑、调谐范围大、旋转半径长，窄线宽的要求。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种基于拉链梳齿的MEMS驱动器及其工作方法，同时满足外腔可调谐激光器所需的结构紧凑、调谐范围大、旋转半径长的要求。相比于现有技术，该驱动器采用了拉链梳齿结构，同一梳子上，不同半径的梳齿对应圆心角不同，不同于一般的拉链梳齿，半径越小对应圆心角越小，由半径大的梳齿先驱动，带动半径小的梳齿驱动。本发明有助于减小由于衍架厚度造成的小半径梳齿位移限制，充分利用梳齿间旋转空间，精简结构。

本发明采用一种基于四对梳子，两个弹性梁和固定锚点，进行双侧绕虚轴点旋转的方案，可以实现大角度旋转，长旋转半径，以及紧凑结构。

术语解释：

衍架也叫做桁架，由杆件通过焊接、铆接或螺栓连接而成的支撑横梁结构。