1 電磁驅(qū)動(dòng)型 MEMS 掃描微鏡

電磁驅(qū)動(dòng)型掃描微鏡是依據(jù)帶電線圈產(chǎn)生的電磁場(chǎng)來(lái)驅(qū)動(dòng)的。電磁微鏡最明 顯的優(yōu)勢(shì)是僅在低電壓低電流的驅(qū)動(dòng)下就可以達(dá)到較大的微鏡角度偏轉(zhuǎn)，同時(shí)也 具有偏轉(zhuǎn)速度快，頻率高等特性。電磁式驅(qū)動(dòng)可以產(chǎn)生吸引力和排斥力，因而其 設(shè)計(jì)方式更加靈活；另外，電磁掃描微鏡還可以利用磁場(chǎng)的強(qiáng)弱實(shí)現(xiàn)鏡面偏轉(zhuǎn)控制。

電磁式 MEMS 扭轉(zhuǎn)微鏡的微驅(qū)動(dòng)器通常有兩種類(lèi)型，第一種是基于洛倫茲力原理設(shè)計(jì)的，第二種是基于雙極子原理設(shè)計(jì)的。

基于洛倫茲力原理的設(shè)計(jì)思想是通過(guò)把MEMS 扭轉(zhuǎn)微鏡做成線圈放置在永磁場(chǎng)中，其工作原理類(lèi)似電動(dòng)機(jī)，永磁體磁場(chǎng)會(huì)和通入電流的線圈相互作用產(chǎn)生洛倫茲力驅(qū)動(dòng) MEMS 扭轉(zhuǎn)微鏡偏轉(zhuǎn)。

基于雙極子原理的設(shè)計(jì)思想是需要在 MEMS 扭轉(zhuǎn)微鏡中添加磁性介質(zhì)，利用磁性微鏡在外界磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生的電磁力驅(qū)動(dòng) MEMS 扭轉(zhuǎn)微鏡偏轉(zhuǎn)。雙極子原理設(shè)計(jì)的 MEMS 扭轉(zhuǎn)微鏡具有較大位移、較大偏轉(zhuǎn)角、較小驅(qū)動(dòng)電壓等優(yōu)點(diǎn)。

平面線圈和磁場(chǎng)產(chǎn)生的洛倫茲力會(huì)驅(qū)動(dòng)MEMS微掃描鏡繞梁發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，其扭轉(zhuǎn)動(dòng)力學(xué)模型 是標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量－彈簧－阻尼二階振動(dòng)系統(tǒng)，機(jī)械結(jié)構(gòu)的力學(xué)方程可以表示為

T 為電磁驅(qū)動(dòng)力矩；J 為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量; K 為轉(zhuǎn)動(dòng)剛度; c 為阻尼系數(shù); ，和分別為MEMS微鏡轉(zhuǎn)動(dòng)的角度、角速度和角加速度。

2 MEMS開(kāi)關(guān)

MEMS開(kāi)關(guān)原理如下圖

若在平面線圈中通入電流,隨著電流的增大,線圈產(chǎn)生磁場(chǎng),對(duì)微彈簧上的 坡莫合金產(chǎn)生電磁吸力,帶動(dòng)微彈簧平臺(tái)和擋光片 一起垂直向下運(yùn)動(dòng),由此,擋光片的不透光部分逐漸 進(jìn)入到輸入輸出光纖間的光路中,耦合到輸出光纖 的光功率就開(kāi)始變?nèi)?直至最后,光路完全被擋光片 擋住,衰減量達(dá)到最大,去掉驅(qū)動(dòng)電流后,微彈簧的 回復(fù)力可使擋光片返回初始位置.