变形反射镜是自适应光学系统的核心器件,其性能和表现决定了自适应光学系统的性能,因而是自适应光学领域的重要研究方向。基于静电驱动的MEMS变形镜具有体积小、耗能低、单元数多、响应速度快、能够与集成电路兼容等优点,是近年来小型化自适应光学系统的研究热点。本文针对表面工艺静电驱动的MEMS变形镜的一系列关键问题展开了深入研究,主要研究内容如下:1.大行程MEMS变形镜的静电驱动器研究。①针对四边形固支梁驱动器存在的行程小、可靠性低的问题,提出了六边形固支梁驱动器结构,并对所提出的驱动器进行了详细的理论计算和有限元分析,加工了相应的变形镜,获得了达到预期设计要求的实验结果;②提出了一种新型的能够计算任意结构驱动器静电力的SC变换数值方法,通过对三层排斥驱动器、两层排斥驱动器以及垂直梳齿吸引驱动器结构的计算,验证了该方法的可行性与精度;③综合两层排斥驱动器和三层排斥驱动器各自的优势,提出了伪三层排斥驱动器,分析结果表明伪三层排斥驱动器具有最大的行程和驱动力,且其结构可与两层驱动器和三层驱动器兼容;④将前期研制的19单元分立镜面变形镜的两层排斥驱动器改为了伪三层排斥驱动器模式,获得了4.5μm的大行程。2.释放孔对MEMS变形镜性能的影响研究。①建立了包含释放孔参数在内的驱动器动态特性模型,分析了释放孔对驱动器动态特性的影响,并加工了相应结构开展了实验验证;②分析了释放孔对连续镜面的弯曲刚度的影响,并相应设计了45单元连续镜面变形镜,通过理论分析和实验测试总结了其性能和效果,开展了静态像差校正实验,总结了研制中的不足。3.140单元具有较强实用化能力的表面工艺静电驱动MEMS变形镜的研制及关键技术研究。该变形镜采用了分立下电极的固支梁驱动器,并采取了设计平坦化方法以提高表面质量。针对残余应力导致表面屈曲的问题,建立了包含有各种影响因素的镜面物理模型,分析了应力补偿膜厚度对镜面各种特性的影响,采用阴影掩模沉积工艺制备了应力补偿膜和高反射膜。对加工完成的器件进行了封装和测试。4.变形镜研制中存在的其它若干问题的分析、优化和改进。①提出了一种新型分立倾斜式变形镜结构,每个镜面单元只需一个驱动器,相对传统分立倾斜式变形镜减少了2/3的驱动器数量,实验结果显示其能实现接近连续的变形效果;②研究了静电吸引驱动器和静电排斥驱动器的场致电子发射效应,并通过实验测试获得了相关关键参数,研究结果可为器件可靠性的提高产生有益指导;③从工艺和光学设计角度提出了两种提高分立镜面变形镜填充比的方案,并进行了理论分析和倒装芯片工艺实验研究,可促进分立镜面变形镜的实用化。综上所述,本文对MEMS变形镜的增大行程、改善表面质量、降低残余应力、提高可靠性、增加填充比等一系列关键技术进行了深入的理论分析、数值计算、实验加工和验证,成功制作了国内首个具有自主知识产权、连续镜面、各个参数均基本达到自适应光学系统要求的140单元变形镜样机。本文的研究成果对高性能、实用化的MEMS变形镜设计与制作具有重要的参考价值和指导意义,本文研制的变形镜样机有望应用到小型化自适应光学系统中,为我国自适应光学技术的发展起到一定的促进作用。