用于MEMS微镜激光跟瞄的扩角镜头研究

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作者 张鹏程 汪洋 +7 位作者 李安娜 黄昊 张程 张家昌 张永贵 王栎皓 刘艺晨 武震宇 《红外与激光工程》 北大核心 2025年第1期120-130,共11页

MEMS微镜是小型化激光跟瞄系统的关键组件。系统通过控制MEMS微镜使激光偏转,并由光电探测器收集信号,可以实现对目标的稳定跟踪和瞄准。然而MEMS准静态微镜的扫描视场角较小,这限制了对目标的大视场跟踪能力。为了解决MEMS微镜扫描视... MEMS微镜是小型化激光跟瞄系统的关键组件。系统通过控制MEMS微镜使激光偏转,并由光电探测器收集信号,可以实现对目标的稳定跟踪和瞄准。然而MEMS准静态微镜的扫描视场角较小,这限制了对目标的大视场跟踪能力。为了解决MEMS微镜扫描视场较小的问题,基于伽利略扩角光路,针对小型化、后扫描光路、易加工等需求,设计了一款小型化跟瞄扩角镜头。首先,采用光束发散角和高斯拟合误差等指标,结合光束质量分析仪,对比了激光在扩角前后的光束质量,分析了扩角镜头对光束质量的影响;其次,基于搭建的扩角镜头表征装置,对比理论计算与仿真模型,分析了扩角结果;最后,结合MEMS准静态微镜和扩角镜头,对比了扩角前后的激光扫描图案。实验结果表明:设计的扩角镜头具有约2.88倍的扩角放大率,扩角线性度小于0.7%,且扩角前后激光光束质量无明显变化,扩角后发散全角控制在2 mrad以内。该项研究成果有助于推动小型化MEMS微镜激光跟踪瞄准系统的性能提升。 展开更多

关键词 压电微镜 微机电系统技术 激光跟踪瞄准 扩角镜头 伽利略光路

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基于微流控与喷墨打印技术的微液滴形成芯片 被引量：3

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作者 单子龙 祝明杰 +1 位作者 宁伟 吴炫烨 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2023年第1期26-29,共4页

基于微流控的液滴发生是数字聚合酶链式反应(PCR)等分子生物学检测数字化的基础。研究了一种新的微流控法制备微液滴,采用微流控与热泡喷墨技术结合的方法制备微液滴。利用热泡喷墨打印技术的液滴发生原理,本文提出了一种能够在1 s内形... 基于微流控的液滴发生是数字聚合酶链式反应(PCR)等分子生物学检测数字化的基础。研究了一种新的微流控法制备微液滴,采用微流控与热泡喷墨技术结合的方法制备微液滴。利用热泡喷墨打印技术的液滴发生原理,本文提出了一种能够在1 s内形成超过300000个皮升(pL)级液滴的创新型方法。针对这种新的液滴发生方法,本文系统研究了喷孔位置、分散相黏度、分散相与MEMS半导体芯片的接触角等因素对液滴生成的影响。该技术在数字PCR等分子生物学检测领域有巨大的应用潜力。 展开更多

关键词 微流控 微液滴 微机电系统技术 喷墨打印技术

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基于微纳工艺的细胞活性传感器的研究与分析 被引量：1

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作者 蔡旭东 李欢 +3 位作者 丁田耘 马苗燕 廖玲妮 关一民 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2023年第6期13-16,共4页

针对细胞实验中难以对细胞活性进行有效、实时、快速检测的难点,利用微机电系统(MEMS)微纳工艺,设计并制造了一种电极宽度、间距均为微米级的叉指电极芯片,并将其封装成可用于检测细胞活性的传感器。基于细胞阻抗原理,进行了细胞活性检... 针对细胞实验中难以对细胞活性进行有效、实时、快速检测的难点,利用微机电系统(MEMS)微纳工艺,设计并制造了一种电极宽度、间距均为微米级的叉指电极芯片,并将其封装成可用于检测细胞活性的传感器。基于细胞阻抗原理,进行了细胞活性检测实验,来验证传感器的功能。实验结果表明:细胞活性与传感器检测到的细胞阻抗值呈正比,细胞活性越高,阻抗值越大。与传统检测细胞活性的方法相比,该传感器具有实时检测细胞生长和快速死亡过程的功能,且具有操作简单、无标签、非入侵等优点。 展开更多

关键词 细胞活性传感器 叉指电极 微纳工艺 微机电系统

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高频压电MEMS微镜设计与仿真

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作者 张浩 汪洋 武震宇 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2024年第2期76-80,共5页

阵列化微镜设计可以实现微镜的高频工作。本文采用将驱动器隐藏在六边形镜面下方的设计方案来实现微镜阵列单元的制备,减小了微镜尺寸。在镜面内部引入了柔性结构匀散应力,降低微镜应力断裂风险,提高了微镜的可靠性,采用六边形密排的方... 阵列化微镜设计可以实现微镜的高频工作。本文采用将驱动器隐藏在六边形镜面下方的设计方案来实现微镜阵列单元的制备,减小了微镜尺寸。在镜面内部引入了柔性结构匀散应力,降低微镜应力断裂风险,提高了微镜的可靠性,采用六边形密排的方式可以实现大于90%的占空比。所设计的微镜可以实现倾斜、偏转和活塞3种工作自由度,工作频率达到了23 000 Hz以上,共振偏转角度可以达到6.5°。对比传统的微镜阵列设计,本文设计提高了空间利用率和致动效率。 展开更多

关键词 微机电系统 压电驱动 微镜阵列 高频

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卫星激光通信MEMS快速反射镜可靠性研究进展 被引量：6

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作者 朱伟鸿 汪洋 +2 位作者 王栎皓 刘艺晨 武震宇 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2023年第9期222-234,共13页

快速反射镜(Fast Steering Mirror,FSM)具有响应快、精度高、分辨率高等优势,被广泛应用于卫星激光通信、超分辨率成像、高精度激光瞄准等领域,是捕获、跟踪和瞄准(Acquisition Tracking and Pointing,ATP)系统中的核心部件。传统快反... 快速反射镜(Fast Steering Mirror,FSM)具有响应快、精度高、分辨率高等优势,被广泛应用于卫星激光通信、超分辨率成像、高精度激光瞄准等领域,是捕获、跟踪和瞄准(Acquisition Tracking and Pointing,ATP)系统中的核心部件。传统快反镜主要由压电陶瓷和音圈电机驱动,而基于微机电(Micro Electro Mechanical System,MEMS)技术制备的快反镜具有小型化及批量化等优势,是技术发展的趋势,但其应用于卫星激光通信领域的可靠性尚未进行全面论证。文中介绍了快反镜的工作原理、环境适应性要求以及国内外快反镜的可靠性水平,结合致动原理和结构分析了现有快反镜的失效机理、评估方法和可靠性加固技术,最后指出了高可靠性快反镜的结构和加固技术发展方向,并通过综合分析与仿真验证了MEMS快反镜应用于卫星激光通信的可行性。 展开更多

关键词 卫星激光通信 快速反射镜 微机电系统技术 环境适应性 可靠性

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高均匀性1×4多模干涉耦合器的研究与设计 被引量：3

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作者 李赵一 范作文 +7 位作者 丛庆宇 周敬杰 曾宪峰 郑少南 董渊 胡挺 钟其泽 贾连希 《光通信研究》 2023年第3期53-59,共7页

针对多输出端口输出光功率的不均匀性问题,文章设计了一种基于绝缘体上硅(SOI)的1×4多模干涉(MMI)耦合器,提出了一种优化其均匀性的新方法。耦合器输入/输出端采用锥形波导,为提升MMI耦合器的均匀性,对输出端锥形波导采用不等宽设... 针对多输出端口输出光功率的不均匀性问题,文章设计了一种基于绝缘体上硅(SOI)的1×4多模干涉(MMI)耦合器,提出了一种优化其均匀性的新方法。耦合器输入/输出端采用锥形波导,为提升MMI耦合器的均匀性,对输出端锥形波导采用不等宽设计,通过优化,四路输出端口均匀性高达0.0074 dB,而总的插损仅有0.058 dB。依据该方法最终使得输出端波导的传输常数失配,避免了波导之间的串扰,实现了对MMI耦合器输出端口均匀性的提升。 展开更多

关键词 硅光子学 多模干涉耦合器 均匀性 损耗

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基于MEMS喷墨打印芯片的低应力封装基板设计

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作者 冯东东 王伟 +1 位作者 葛胜 关一民 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2024年第12期93-95,共3页

喷墨打印芯片基于MEMS技术制备而成,内部集成有液体驱动MEMS结构,而MEMS结构本质是应力敏感的,因此封装过程产生的应力将会严重影响MEMS喷墨打印芯片的可靠性和长期稳定性。本文基于MEMS喷墨打印芯片,从结构和材料两方面考虑,设计出3种... 喷墨打印芯片基于MEMS技术制备而成,内部集成有液体驱动MEMS结构,而MEMS结构本质是应力敏感的,因此封装过程产生的应力将会严重影响MEMS喷墨打印芯片的可靠性和长期稳定性。本文基于MEMS喷墨打印芯片,从结构和材料两方面考虑,设计出3种不同形式的封装基板,即有圆柱形聚苯硫醚(PPS)树脂基板,无圆柱形PPS树脂基板和无圆柱形陶瓷基板,通过有限元仿真和实际测量相结合的方式对3种基板进行验证,最终得出3组封装基板中应力最小的为无圆柱形陶瓷基板。仿真分析与实际结果相符合,证明本文设计能够有效降低MEMS喷墨打印芯片封装结构的应力。 展开更多

关键词 封装应力 基板设计 仿真分析 实际测量

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基于紫外纳米压印光刻的生物纳米孔测序MEMS芯片设计

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作者 姜保 侍南 +1 位作者 吴炫烨 徐屹峰 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2024年第8期79-82,共4页

纳米孔测序作为最新一代的基因测序技术,在生物医学和临床应用中起着至关重要的作用。测序系统中的MEMS结构通常采用传统光刻工艺来实现,本文首次运用紫外纳米压印光刻(UV-NIL)工艺来验证实现纳米孔测序系统中的MEMS芯片的可能性。采用... 纳米孔测序作为最新一代的基因测序技术,在生物医学和临床应用中起着至关重要的作用。测序系统中的MEMS结构通常采用传统光刻工艺来实现,本文首次运用紫外纳米压印光刻(UV-NIL)工艺来验证实现纳米孔测序系统中的MEMS芯片的可能性。采用传统光刻工艺,制造了3种用于纳米孔测序的MEMS双层结构的硅晶圆。这些硅晶圆被用作母板,将其MEMS结构图案精准复制到聚二甲基硅氧烷(PDMS)上,形成压印软模,再用UV-NIL工艺在硅基底上压印出所需的MEMS结构。最后,通过光学和电学两种测试表征手段,成功证实UV-NIL工艺在制造MEMS芯片方面的有效性和可行性。相较于传统光刻,UV-NIL的成功运用将极大提高工艺稳定性并大幅缩减成本。 展开更多

关键词 纳米孔 基因测序 紫外纳米压印光刻

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高精度双向同步旋转CORDIC算法设计与实现 被引量：3

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作者 郑传喜 古元冬 《上海大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2022年第5期872-882,共11页

针对精密电机数控领域中16位位宽的坐标旋转数字计算机(coordinate rotation digital computer,CORDTC)算法存在输出时延长、运算精度低、稳定性差等问题,提出高精度双向同步旋转CORDIC算法,通过角度预处理和区间折叠扩大收敛区间,迭代... 针对精密电机数控领域中16位位宽的坐标旋转数字计算机(coordinate rotation digital computer,CORDTC)算法存在输出时延长、运算精度低、稳定性差等问题,提出高精度双向同步旋转CORDIC算法,通过角度预处理和区间折叠扩大收敛区间,迭代过程中采用双向同步旋转与误差均衡来提升算法的精度以及健壮性,最后根据区间结果进行还原输出.结果表明:在硬件实现上,相比传统算法,本算法的运算精度分别提高了76.3%,最大输出时延降低了71.4%,具有高精度、低延时以及稳定等优点. 展开更多

关键词 坐标旋转数字计算机 合并迭代 免缩放因子 双向同步旋转 现场可编程门阵列 电机数控系统

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中红外波段高速硅基电光调制器设计与优化(特邀) 被引量：1

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作者 刘雨菲 李欣雨 +3 位作者 王书晓 岳文成 蔡艳 余明斌 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2022年第3期71-78,共8页

作为中红外波段中最接近O波段和C波段的波段,2μm波段区域逐渐引起人们的广泛关注。主要对2μm波段的马赫-增德尔型调制器进行优化设计和仿真,根据2μm波长下光模场分布的特点,选用具有340 nm厚度顶层硅的SOI衬底,结合实际工艺中240 nm... 作为中红外波段中最接近O波段和C波段的波段,2μm波段区域逐渐引起人们的广泛关注。主要对2μm波段的马赫-增德尔型调制器进行优化设计和仿真,根据2μm波长下光模场分布的特点,选用具有340 nm厚度顶层硅的SOI衬底,结合实际工艺中240 nm硅刻蚀深度,得到宽度为600 nm以及平板层厚度为100 nm的最优脊波导结构。通过优化掺杂浓度和掺杂区位置获得综合性能最优的调制器器件,在4 V反向偏压下器件光损耗为5.17 dB/cm,调制效率为2.86 V·cm,静态消光比为23.8 dB,3dB EO带宽为27.1 GHz。同时,与220 nm厚度顶层硅器件相比较,器件的综合性能更为优越。研究内容为后续器件实际制作提供了依据,也为后续2μm波段光收发集成模块所需调制器设计提供了新的方向。 展开更多

关键词 硅基光电子学 中红外波段 调制器

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具有亚波长模式局域性的全介质反槽波导及其与输入/输出光纤的高效耦合

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作者 岳文成 王庆 +2 位作者 李欣雨 王书晓 余明斌 《红外与毫米波学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期709-714,共6页

由于金属固有的欧姆损耗,表面等离子体波导通常具有较大的传输损耗。基于此,提出了一种全介质反槽波导结构,该波导可以同时实现亚波长模式局域性和理论上无损耗的传输,归一化模式面积可以达到3.4×10^(-2)。另外,为了实现该小尺寸... 由于金属固有的欧姆损耗,表面等离子体波导通常具有较大的传输损耗。基于此,提出了一种全介质反槽波导结构,该波导可以同时实现亚波长模式局域性和理论上无损耗的传输,归一化模式面积可以达到3.4×10^(-2)。另外,为了实现该小尺寸反槽波导与输入/输出光纤的高效耦合,提出了一种高效的耦合方案,耦合效率可以达到92.7%,在y和z方向上1 dB损耗的耦合偏差均约为2μm。 展开更多

关键词 光子集成电路 纳米光子学 波导

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同时测试波导传输损耗和弯曲损耗的方法

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作者 范作文 贾连希 +3 位作者 李赵一 周敬杰 丛庆宇 曾宪峰 《中国光学（中英文）》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期1177-1185,共9页

波导的传输损耗是评价集成光学平台性能的一个关键指标。常用的测量传输损耗的cut-back测试方法需引入弯曲波导测试结构。为了去除弯曲损耗的影响,通常会将弯曲半径设计的足够大,但这样会占用很多的版图面积。本文基于铌酸锂平台提出了... 波导的传输损耗是评价集成光学平台性能的一个关键指标。常用的测量传输损耗的cut-back测试方法需引入弯曲波导测试结构。为了去除弯曲损耗的影响,通常会将弯曲半径设计的足够大,但这样会占用很多的版图面积。本文基于铌酸锂平台提出了一种可以同时测试波导传输损耗和弯曲损耗的方法。通过仿真发现波导弯曲损耗与弯曲半径成指数关系,对弯曲损耗取对数值后,与弯曲半径成线性关系。利用遗传算法拟合cut-back结构的插入损耗曲线,并计算得到波导的传输损耗和弯曲损耗。用该方法测量铌酸锂波导,在1550 nm波长下得到0.558 dB/cm的传输损耗和100μm弯曲半径下0.698 dB/90°的弯曲损耗。利用这种方法可以同时测试波导的传输损耗和弯曲损耗,还可以大大节省占地面积。 展开更多

关键词 传输损耗 弯曲损耗 铌酸锂 遗传算法

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