微型光热驱动机构的光热膨胀理论模型与实验研究!-物理学报.PDF

第 卷 第 期 年 月 物 理 学 报 ,’ - %$$( - ， ， ， ID4 ),’ QD )- .RG ) %$$( （ ） #$$$1%($L%$$(L,’ $- L%+#(1+ .MK. JNOBPM. BPQPM. %$$( M637 ) J6ST ) BD? ) 微型光热驱动机构的光热膨胀理论模型与实验研究! ! 刘 超 张冬仙 章海军 （浙江大学现代光学仪器国家重点实验室，杭州 #$$% ） （ 年 月 日收到； 年 月 日收到修改稿） %$$’ ’ %$ %$$’ ( #$ 提出和发展了一种基于微尺度光热膨胀效应的微型光热驱动机构 建立了膨胀臂的微尺度光热传导与膨胀的 ) 物理模型，利用有限元分析和数学物理方法，推导出膨胀臂的一维温度分布表达式及光热膨胀量和偏转量的计算 公式) 利用准分子激光微加工系统设计制作了一个长度为#%$$ * 的微型光热驱动样机，根据激光和样机的相关参 ! 数，计算得到光热膨胀量与激光功率之间的理论关系曲线 实验结果表明，微型光热驱动机构的光热偏转量（对应 ) 于膨胀量）与照射到膨胀臂上的激光功率近似成线性关系，实验曲线与理论模型及计算结果符合良好) 在理论和实 验研究基础上，作为光热微驱动的应用实例，设计并加工制作了一个双向微开关型光热驱动机构，并通过实验实现 了双向微开关功能) 关键词：光热膨胀臂，微驱动机构，光热传导模型，激光 ： ， ， ， !## +,$ -%,% --#$ -%,, 和数学物理方法，推导出膨胀臂的一维温度分布表 #@ 引 言 达式及光热膨胀量和偏转量的计算公式) 设计并制 作了微型光热驱动机构（ ）实验样机和一种双向 JK. 随着高集成化微型便携设备的日益普及，微驱 光热驱动微开关的应用实例，通过实验对理论模型 动机构性能的优劣成为整个微机电系统（ ）的 和计算公式进行了验证，并实现了双向光热偏转和 A0AB 关键) 根据技术原理和用途的不同，微驱动机构的驱 微开关功能) 动方式主要有静电驱动、压电驱动、磁致伸缩驱动、 ［— ］ 磁驱动和热驱动等# ’ ) 其中热驱动因其结构紧凑、 % @ 微尺度光热膨胀理论与物理模型 位移输出量大等优点而在近年得到广泛重视) ［— ］ 目前热驱动主要采用电热驱动( ## 方式 电热 典型的对称型 如图 所示，两条长度 、宽