北理工在微光學開關及智能照明關鍵技術方面取得新進展


  近日,北京理工大學信息與電子學院謝會開教授、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,採用MEMS技術,提出了一種基於電熱式驅動實現的可連續控光的微光學開關(Microshutter),可有效應用於“綠色建築”的智能照明。相關結果以《Analog-controlled light microshutters based onelectrothermal actuation for smart windows》為題,發表於光學領域頂級期刊Optics Express (影響影子IF: 3.669)。

圖1.(a)電熱式Microshutter的開態;(b)關態;(c)半開態;(d)多態混合;(e)可連續控光Mircoshutter的應用場景:智能窗户。

  為了更好的利用自然光,用於“綠色建築”的智能窗户受到廣泛的關注。基於MEMS技術實現的Microshutter由於具有較快的開關速度和較低的製造成本,被認為是智能窗户最有前景的解決方案之一。然而,目前絕大多數Microshutter只能工作在開、關兩種模式下,無法實現像素的高精度、動態、多灰度控制。電熱驅動以其極大的運動範圍和較低的驅動電壓而獨具優勢,且其致動位移在整個驅動範圍內都是可連續調節和控制的,這正是可連續控光的Microshutter所需要的。為此,本研究提出一種基於電熱式驅動實現的Microshutter陣列,每個陣列由多個單元構成,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)單像素通光率與驅動電壓的關係;(d)陣列通光率與驅動電壓的關係;(e)Microshutter隨驅動電壓增加的形變示意圖;(f)陣列的開關態;(g)百萬次驅動可靠性測試;(h)長時間加電可靠性測試。

  本研究首先建立了電熱式Microshutter的理論模型,並進行了有限元仿真,優化了器件的透光率、控制精度,利用SOI襯底,結合體微加工工藝和表面微加工工藝,成功製備了Microshutter器件,如圖2所示。同時還進行了器件的長期可靠性測試,該結果表明器件功能完好,模擬控制特性未發生變化。

  該器件還可用於動態精準照明、多灰度照明、圖案顯示、信息交流、天文光譜儀等多種應用領域。

  論文鏈接://doi.org/10.1364/OE.404680

 

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