北理工在微光學(xué)開(kāi)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

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　　近日，北京理工大學(xué)信息與電子學(xué)院謝會(huì)開(kāi)教授、丁英濤副教授、博士生肖磊，與無(wú)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(kāi)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(jí)期刊Optics Express (影響影子IF: 3.669)。

圖1.（a）電熱式Microshutter的開(kāi)態(tài)；（b）關(guān)態(tài)；（c）半開(kāi)態(tài)；（d）多態(tài)混合；（e）可連續(xù)控光Mircoshutter的應(yīng)用場(chǎng)景：智能窗戶(hù)。

　　為了更好的利用自然光，用于“綠色建筑”的智能窗戶(hù)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(kāi)關(guān)速度和較低的制造成本，被認(rèn)為是智能窗戶(hù)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(kāi)、關(guān)兩種模式下，無(wú)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(shì)，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(kāi)關(guān)態(tài)；（g）百萬(wàn)次驅(qū)動(dòng)可靠性測(cè)試；（h）長(zhǎng)時(shí)間加電可靠性測(cè)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(zhǎng)期可靠性測(cè)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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