單壓電片鼓膜驅動型連續薄膜式變形鏡技術研究

《單壓電片鼓膜驅動型連續薄膜式變形鏡技術研究》是依託電子科技大學,由尹伊擔任醒目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：單壓電片鼓膜驅動型連續薄膜式變形鏡技術研究
• 依託單位：電子科技大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：尹伊

項目摘要

連續薄膜式變形鏡是波前校正器的重要類型之一，具有鏡面連續及填充率大等優點，非常適合套用於小口徑高精度自適應光學系統，尤其在空間探測、雷射修正、醫學成像等領域，其研究一直是熱點也是難點，微型化、高靈敏度和寬調諧範圍是亟待解決的問題。本項目主要提出了一種基於壓電微驅動器陣列的MEMS 連續薄膜式變形鏡技術，通過利用PZT薄膜材料優良的d31和d33壓電特性，設計平行平板（d31模式）和環形叉指（IDT模式）電級，構建單壓電片鼓膜結構以獲得大的驅動性能，從而克服一般連續薄膜式變形鏡有效衝程小，鏡面殘餘應力高等缺點。在此基礎上，構建有限元模型，分析鼓膜形變力學成因，最佳化成膜工藝和器件結構，可進一步提高器件的驅動能力和穩定性，實現變形鏡面低電場下的大應變和良好的頻率回響特性。本項目著重於鐵電薄膜與傳統自適應光學和成熟的Si 半導體集成工藝的兼容性研究，為下一代空間自適應光學套用提供理論依據和技術支持

結題摘要

變形鏡作為自適應光學系統中的波前校正器，通過調整自身的面形實現對光路中畸變波前的校正，從而提高成像解析度。變形鏡的性能很大程度上決定了自適應光學系統的波前校正能力。連續薄膜式變形鏡是波前校正器的重要類型之一，具有鏡面連續及填充率大等優點，非常適合套用於小口徑高精度自適應光學系統，尤其在空間探測、雷射修正、醫學成像等領域，其研究一直是熱點也是難點，微型化、高靈敏度和寬調諧範圍是亟待解決的問題。 本項目主要研究了一種基於壓電微驅動器陣列的MEMS 連續薄膜式變形鏡技術，通過利用PZT薄膜材料優良的d31和d33壓電特性，設計平行平板（d31模式）和環形叉指（IDT模式）電級，構建單壓電片鼓膜結構以獲得大的驅動性能，從而克服一般連續薄膜式變形鏡有效衝程小，鏡面殘餘應力高等缺點。在驅動器陣列基礎上，通過MEMS工藝構造Si基柔性鏡面層，完成製備連續薄膜變形鏡的原型器件，消除鏡面應力影響，初步實現對給定波長入射光的波前調製。在此基礎上，構建有限元模型，分析鼓膜形變力學成因，最佳化成膜工藝和器件結構，可進一步提高器件的驅動能力和穩定性，實現變形鏡面低電場下的大應變和良好的頻率回響特性。 最終製備得到的壓電鼓膜驅動器（功能層與支撐層厚度比1:10）在15V外加電壓下最大形變數超過3μm，線寬10μm，並隨外加電場表現出良好的線性變化特徵，回響頻率57.22kHz, 裝配好的連續薄膜式變形鏡有效衝程為1μm，回響頻率56.94kHz。 本項目研究的連續薄膜式變形鏡，其驅動器陣列結合環形叉值電極和單壓電片鼓膜結構兩者的優勢，將平面內的逆壓電效應轉化並放大為垂直方向上的形變，產生的位移通過連線柱傳遞給鏡面，有效解決現有壓電微驅動器結構複雜、有效衝程小、精度不足和性能不穩定的技術問題，簡化變形鏡的製作工藝，降低製造成本，提升其在自適應光學領域的套用潛力。本項目著重於鐵電薄膜與傳統自適應光學和成熟的Si 半導體集成技術的兼容性研究，為下一代空間自適應光學套用提供理論依據和技術支持。