中国科学院上海微体系所卫星激光通讯誉高精度MEMS快反镜获得发展

时间: 2025-05-09 00:42:30 |   作者: 输送设备

  中国科学院上海微体系与信息技能研讨所传感器技能全国重点试验室在集成视点传感器的高功能MEMS快反镜研发方面获得重要发展。制备的MEMS快反镜镜面尺度大，封装体积小，并具有杰出的线性度、角分辨率、呼应速度、重复定位精度和镜面动态形变，一起集成了高灵敏度视点传感器，能够在必定程度上完结更准确的激光光束闭环操控，在激光卫星通讯方面具有巨大的使用潜力。近来，相关效果以“A high-performance 10 mm diameter MEMS fast steering mirror with integrated piezoresistive angle sensors for laser inter-satellite links”为题发表于微体系技能范畴一区学术期刊《Microsystems & Nanoengineering》，论文的榜首作者为博士研讨生薛文立，通讯作者为武震宇研讨员和王栎皓助理研讨员。

  快反镜在卫星激光通讯中承担着光束的指向、捕获和盯梢等及其重要的效果。为满意激光星间链路对高精度光束操控的需求，快反镜需求具有高指向精度、高作业带宽和高光学质量等一系列极限功能指标。针对传统机械快反镜体积大、功耗高、存在迟滞，以及原有MEMS快反镜镜面小（3-6 mm）、带宽低（1 kHz）、无集成视点传感器等问题，研讨团队在近五年间规划并开发了一系列适用于航空航天苛刻需求的高精度、高牢靠MEMS快速反射镜。

  本作业中，研讨团队为处理现有产品镜面尺度小、动态带宽缺乏等问题，开发了一种10 mm大口径压电驱动MEMS快反镜（图1）。该规划选用双层异构集成技能以完成更高的填充因子和谐振频率。选用晶圆级键合工艺完成快反镜的高均一制备，器材具有高线%）、超高视点分辨率（0.3 μrad）、快速阶跃呼应（0.41 ms）以及高重复定位精度（图2）。

  图2 MEMS快反镜测验成果：a双轴转角线性度；b角分辨率；c二维扫描重复定位精度；d双轴阶跃呼应

  别的，该MEMS快反镜集成了硅压阻应变原理的片上视点传感器，在结构规划方面，立异性地引进力学定向结构构成应力会集区域（SCR），将视点传感器灵敏度从3.3 mV/(V·mrad)提升至5.4 mV/(V·mrad)，增幅达63%，明显优化了光束操控的准确性。

  图3压阻视点传感器的结构规划图：a压阻传感器原理与硅晶体取向；b显微镜下SCR结构图画；c驱动电压为90 VDC时压阻方位正向应力比较；

  在功能表征方面，初次针对10 mm大口径镜面动态变形进行表征（图4），结合理论核算、有限元仿真和试验测验，证明在准静态驱动（500 Hz@±2 mrad）下最大动态外表形变仅2 nm，满意远距离卫星激光通讯对镜面面型的苛刻要求。

  综上所述，本研讨开发的一种高功能的10 mm大口径压电MEMS 快反镜满意激光星间链路对高精度、快速呼应与稳定性的需求，为卫星通讯终端供给小型化高功能处理方案。与传统机械快反镜及现有商用MEMS快反镜比较，该器材优势明显，在航空航天范畴具有极端严重的使用远景。未来，研讨团队将持续针对镜面尺度、闭环操控以及器材牢靠性来优化研讨。

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