北理工在微光学开关及智能照明关键技术方面取得新进展


  近日,好玩免费的手机游戏下载平台推荐|安卓手游大全|至尊手游信息与电子学院谢会开教授、丁英涛副教授、博士生肖磊,与无锡微奥科技有限公司王鹏博士合作,采用MEMS技术,提出了一种基于电热式驱动实现的可连续控光的微光学开关(Microshutter),可有效应用于“绿色建筑”的智能照明。相关结果以《Analog-controlled light microshutters based onelectrothermal actuation for smart windows》为题,发表于光学领域顶级期刊Optics Express (影响影子IF: 3.669)。

图1.(a)电热式Microshutter的开态;(b)关态;(c)半开态;(d)多态混合;(e)可连续控光Mircoshutter的应用场景:智能窗户。

  为了更好的利用自然光,用于“绿色建筑”的智能窗户受到广泛的关注。基于MEMS技术实现的Microshutter由于具有较快的开关速度和较低的制造成本,被认为是智能窗户最有前景的解决方案之一。然而,目前绝大多数Microshutter只能工作在开、关两种模式下,无法实现像素的高精度、动态、多灰度控制。电热驱动以其极大的运动范围和较低的驱动电压而独具优势,且其致动位移在整个驱动范围内都是可连续调节和控制的,这正是可连续控光的Microshutter所需要的。为此,本研究提出一种基于电热式驱动实现的Microshutter阵列,每个阵列由多个单元构成,如图1所示。

图2.(a)电热式Microshutter阵列的SEM图(俯视图);(b)电热式Microshutter阵列的SEM图(正视图);(c)单像素通光率与驱动电压的关系;(d)阵列通光率与驱动电压的关系;(e)Microshutter随驱动电压增加的形变示意图;(f)阵列的开关态;(g)百万次驱动可靠性测试;(h)长时间加电可靠性测试。

  本研究首先建立了电热式Microshutter的理论模型,并进行了有限元仿真,优化了器件的透光率、控制精度,利用SOI衬底,结合体微加工工艺和表面微加工工艺,成功制备了Microshutter器件,如图2所示。同时还进行了器件的长期可靠性测试,该结果表明器件功能完好,模拟控制特性未发生变化。

  该器件还可用于动态精准照明、多灰度照明、图案显示、信息交流、天文光谱仪等多种应用领域。

  论文链接:https://doi.org/10.1364/OE.404680

 

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