電磁MEMS基本原理-MEMS掃描微鏡和MEMS開關

1 電磁驅(qū)動型 MEMS 掃描微鏡

電磁驅(qū)動型掃描微鏡是依據(jù)帶電線圈產(chǎn)生的電磁場來驅(qū)動的。電磁微鏡最明 顯的優(yōu)勢是僅在低電壓低電流的驅(qū)動下就可以達到較大的微鏡角度偏轉(zhuǎn)，同時也 具有偏轉(zhuǎn)速度快，頻率高等特性。電磁式驅(qū)動可以產(chǎn)生吸引力和排斥力，因而其 設計方式更加靈活；另外，電磁掃描微鏡還可以利用磁場的強弱實現(xiàn)鏡面偏轉(zhuǎn)控制。

電磁式 MEMS 扭轉(zhuǎn)微鏡的微驅(qū)動器通常有兩種類型，第一種是基于洛倫茲力原理設計的，第二種是基于雙極子原理設計的。

基于洛倫茲力原理的設計思想是通過把MEMS 扭轉(zhuǎn)微鏡做成線圈放置在永磁場中，其工作原理類似電動機，永磁體磁場會和通入電流的線圈相互作用產(chǎn)生洛倫茲力驅(qū)動 MEMS 扭轉(zhuǎn)微鏡偏轉(zhuǎn)。

基于雙極子原理的設計思想是需要在 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作用下產(chǎn)生的電磁力驅(qū)動 MEMS 扭轉(zhuǎn)微鏡偏轉(zhuǎn)。雙極子原理設計的 MEMS 扭轉(zhuǎn)微鏡具有較大位移、較大偏轉(zhuǎn)角、較小驅(qū)動電壓等優(yōu)點。

平面線圈和磁場產(chǎn)生的洛倫茲力會驅(qū)動MEMS微掃描鏡繞梁發(fā)生轉(zhuǎn)動，其扭轉(zhuǎn)動力學模型 是標準的質(zhì)量－彈簧－阻尼二階振動系統(tǒng)，機械結(jié)構(gòu)的力學方程可以表示為

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

2 MEMS開關

MEMS開關原理如下圖

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,對微彈簧上的 坡莫合金產(chǎn)生電磁吸力,帶動微彈簧平臺和擋光片 一起垂直向下運動,由此,擋光片的不透光部分逐漸 進入到輸入輸出光纖間的光路中,耦合到輸出光纖 的光功率就開始變?nèi)?直至最后,光路完全被擋光片 擋住,衰減量達到最大,去掉驅(qū)動電流后,微彈簧的 回復力可使擋光片返回初始位置.