北理工在微光學(xué)開關(guān)及智能照明關(guān)鍵技術(shù)方面取得新進(jìn)展
發(fā)布日期：2020-10-27 供稿：信息與電子學(xué)院
編輯：劉蘇儀 審核：司黎明 閱讀次數(shù)：近日,，北京理工大學(xué)信息與電子學(xué)院謝會(huì)開教授,、丁英濤副教授、博士生肖磊,，與無錫微奧科技有限公司王鵬博士合作,，采用MEMS技術(shù)，提出了一種基于電熱式驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的可連續(xù)控光的微光學(xué)開關(guān)（Microshutter）,，可有效應(yīng)用于“綠色建筑”的智能照明,。相關(guān)結(jié)果以《Analog-controlled light microshutters based onelectrothermal actuation for smart windows》為題，發(fā)表于光學(xué)領(lǐng)域頂級期刊Optics Express (影響影子IF: 3.669),。
圖1.（a）電熱式Microshutter的開態(tài),；（b）關(guān)態(tài)；（c）半開態(tài),；（d）多態(tài)混合,；（e）可連續(xù)控光Mircoshutter的應(yīng)用場景：智能窗戶。
為了更好的利用自然光,，用于“綠色建筑”的智能窗戶受到廣泛的關(guān)注,。基于MEMS技術(shù)實(shí)現(xiàn)的Microshutter由于具有較快的開關(guān)速度和較低的制造成本,，被認(rèn)為是智能窗戶最有前景的解決方案之一。然而,，目前絕大多數(shù)Microshutter只能工作在開,、關(guān)兩種模式下，無法實(shí)現(xiàn)像素的高精度,、動(dòng)態(tài),、多灰度控制。電熱驅(qū)動(dòng)以其極大的運(yùn)動(dòng)范圍和較低的驅(qū)動(dòng)電壓而獨(dú)具優(yōu)勢,，且其致動(dòng)位移在整個(gè)驅(qū)動(dòng)范圍內(nèi)都是可連續(xù)調(diào)節(jié)和控制的,，這正是可連續(xù)控光的Microshutter所需要的。為此,，本研究提出一種基于電熱式驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的Microshutter陣列,，每個(gè)陣列由多個(gè)單元構(gòu)成，如圖1所示,。
圖2.（a）電熱式Microshutter陣列的SEM圖（俯視圖）,；（b）電熱式Microshutter陣列的SEM圖（正視圖）；（c）單像素通光率與驅(qū)動(dòng)電壓的關(guān)系,；（d）陣列通光率與驅(qū)動(dòng)電壓的關(guān)系,；（e）Microshutter隨驅(qū)動(dòng)電壓增加的形變示意圖；（f）陣列的開關(guān)態(tài)；（g）百萬次驅(qū)動(dòng)可靠性測試,；（h）長時(shí)間加電可靠性測試,。
本研究首先建立了電熱式Microshutter的理論模型，并進(jìn)行了有限元仿真,，優(yōu)化了器件的透光率,、控制精度，利用SOI襯底,，結(jié)合體微加工工藝和表面微加工工藝,，成功制備了Microshutter器件，如圖2所示,。同時(shí)還進(jìn)行了器件的長期可靠性測試,，該結(jié)果表明器件功能完好，模擬控制特性未發(fā)生變化,。
該器件還可用于動(dòng)態(tài)精準(zhǔn)照明、多灰度照明,、圖案顯示,、信息交流、天文光譜儀等多種應(yīng)用領(lǐng)域,。
論文鏈接：https://doi.org/10.1364/OE.404680
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