谢会开、丁英涛等：微光学开关及智能照明关键技术方面取得新进展

babala

近日，北京理工大学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


       文章来源：北京理工大学
      谢会开，1989年、1992年分别在北京理工大学原电子工程系获学士学位、硕士学位；1998年在美国塔夫兹大学获光学硕士学位；2002年在美国卡内基梅隆大学获电子与计算机工程学博士学位。现任美国佛罗里达大学电气与计算机工程系终身正教授、无锡微奥科技有限公司董事长。同时担任IEEE SENSL、Int. J. Optomechatronics、Micromachines等多个国际期刊编辑。主要研究方向MEMS/NEMS、集成惯性传感器、微驱动器、微光机电系统、生物光子学、光学显微内窥影像、光通讯MEMS芯片以及微型近红外光谱仪，发表论文270余篇，论文累计他引超过5000余次。