[发明专利]一种热驱动可变形微镜

说明书

本发明公开了一种热驱动可变形微镜，属于自适应光学系统技术领域。该微镜由镜片、电极、支梁和硅结构框架组成，支梁将镜片悬空支承在硅结构框架的中央，镜片由上至下分为三层，依次为金属反射层、二氧化硅层和硅层，支梁与镜片的硅层为同种材质整体成型，硅结构框架与支梁之间由二氧化硅层绝缘，电极设置在硅结构框架的表面与支梁相连，对电极通电后，支梁和镜片形成电流回路并发热，利用金属和硅的热膨胀系数不同使得镜片产生变形。本发明通过通电控制金属和硅两种不同材料的加热温度，达到镜面变形的目的。

技术领域

本发明涉及一种可变形的微镜结构，具体涉及一种利用热驱动变形的微镜，属于自适应光学系统技术领域。

背景技术

微镜是一种微型化的反射镜，自德州仪器公司成功制备出商用的数字式微镜以来，各种类型的微镜便如雨后春笋般蓬勃发展。微镜的发展，一方面得益于微机电系统(Micro-Electromechanical Systems，MEMS)技术的进步，包括表面工艺、体硅加工工艺、自组装工艺等。另一方面，市场需求也在推动着微镜技术的发展。多数微镜是以驱动臂带动镜片移动的微反射镜，比如，静电式微镜，利用阵列式的梳齿带动镜片产生偏转；压电式微镜，利用材料的逆向压电效应驱动镜片产生偏转或位移；电磁式微镜，利用磁场线圈的电磁效应控制镜片偏转；电热式微镜利用材料的热膨胀效应带动镜片产生偏转、抬升。上述微镜虽然在驱动方式上具有差别，但在本质上都是以驱动臂带动镜片发生位移的改变，这在光学扫描系统中应用广泛，如激光雷达(LiDAR)、光学开关、相干断层扫描仪、人脸识别系统、便携式光谱仪等。

但是，在自适应光学系统中，却需要一种可变形的镜面，以实现波前校正的目的。自适应光学是基于天文观测提出的，其目的是为了提高空间光通信的质量，而大气衰减与湍流将会在很大程度上降低空间光通信质量。如果能够通过有效手段检测波前畸变，并实时补偿这一畸变以达到校正波前的目的，那么将会提高空间通信的抗干扰能力。因此，研究一种能够实现波前校正的微变形镜势在必行。然而，目前的微变形镜，存在着驱动电压高、变形量较小的不足，并且制备工艺较为复杂。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种热驱动可变形微镜，通过控制两种不同材料的加热温度，达到镜面变形的目的。

一种热驱动可变形微镜，该微镜由镜片、电极、支梁和硅结构框架组成，所述支梁将镜片悬空支承在硅结构框架的中央，所述镜片由上至下分为三层，依次为金属反射层、二氧化硅层和硅层，所述支梁与镜片的硅层为同种材质整体成型，所述硅结构框架与支梁之间由二氧化硅层绝缘，所述电极设置在硅结构框架的表面与支梁相连，对电极通电后，支梁和镜片形成电流回路并发热，利用金属和硅的热膨胀系数不同使得镜片产生变形。

进一步地，所述镜片为圆形结构，镜片中硅层的半径与铝层的半径相同。

进一步地，所述支梁的数量为四个，四个支梁沿镜片的圆周方向均匀布置。

进一步地，所述支梁采用分叉式悬臂梁结构，悬臂梁在平面内呈迂回排列，悬臂梁的分叉端位于硅结构框架上，汇合端位于镜片上。

进一步地，所述镜片的表面固定电阻丝，导线布置在支梁的表面并导通电阻丝和电极。

一种热驱动可变形微镜的加工方法，其实现的步骤如下：

步骤一：在SOI(Silicon-On-Insulator)基片正面生长一层二氧化硅作为绝缘层，然后溅射一层铝后利用光刻工艺形成反射镜面；

步骤二：在SOI基片正面通过光刻工艺图形化需要形成支梁结构后利用DRIE(DeepReactive Ion Etching)工艺刻蚀成形；

步骤三：在SOI基片背面通过光刻图形化需要刻蚀的背腔结构后利用DRIE工艺刻蚀背腔至SOI中间二氧化硅层；

步骤四：利用腐蚀液腐蚀暴露出来的二氧化硅层，释放微镜，完成制作。