随着微机电系统不断地朝着小型化和系统功能集成化方向发展,微驱动技术获得了巨大的关注和发展,相继涌现了静电、电磁、压电、电热、光热型微驱动技术,其中光热微驱动器技术结构简单、操控简便、驱动力大、可实现远程控制、易于小型化和集成化,具有广泛的应用前景。通常光热微驱动器采用光刻胶,高密度聚乙烯等聚合物作为驱动材料,但这些聚合物材料在结构强度、耐热性、可靠性、以及动态响应等方面表现不理想。为此,本文提出了以金属作为驱动材料的新型光热微驱动器,克服聚合物光热微驱动器的这些局限性。利用LIGA技术(一种X射线深度光刻技术)研制了三角形、棘轮棘爪光热微马达和蠕动式爬行机构等多种金属光热微驱动机构,并对其进行了理论和实验研究。本文对光热膨胀机制和光热徽驱动技术开展了系统的研究,建立了光热徽膨胀臂在激光作用下受热膨胀伸长的稳态和瞬态模型。首先研究了光热膨胀效应中涉及到的激光吸收、热传导、对流换热、热辐射和热膨胀等物理现象,初步讨论了他们在光热膨胀效应中的作用。在此基础上,建立了光热热膨胀效应的稳态模型和瞬态模型,以微膨胀臂为例,推导了稳态和瞬态的温度场分布和形变计算公式,计算了在连续或脉冲激光作用下微膨胀臂的温度分布与形变量。设计并研制了多种金属光热徽驱动机构。在光热膨胀理论模型的基础上,设计了多种光热微驱动器：三角形光热微驱动器、棘轮棘爪光热微马达,蠕动光热爬行机构,并利用LIGA技术,在北京同步辐射光源LIGA线站制备了这些微驱动器。搭建并优化了光热徽驱动器的驱动控制与显微观测系统。驱动控制与显微观测系统系统由驱动控制模块与显微观测模块构成,驱动控制模块由激光器和调节光路组成,能够调节激光波形并准确将激光汇聚在驱动位置实现微驱动；显微观测模块包含驱动监控功能与驱动分析功能,基于图像匹配算法的软件能够分析视频准确描绘微驱动器的驱动曲线。研究了一种三角形金属光热徽驱动器的驱动特性。首先阐述了三角形光热微驱动器的结构与驱动原理,接着利用有限元分析的方法分析了在连续激光或脉冲激光作用下,微驱动器所产生的瞬态温度分布和膨胀伸长,研究了在不同频率激光作用下,微驱动器的动态响应特性,并利用金属镍制备的微驱动器开展了相应的实验研究,结果与理论相吻合。最后,分析了材料性能和几何尺寸等关键参数对光热微驱动器驱动性能的影响和贡献。开展了新型棘轮棘爪光热马达的理论和实验研究,提出了一种蠕动光热爬行机构。首先详细阐述了棘轮棘爪光热马达的机械结构和驱动机制,能够将光热膨胀提供的直线往复驱动转变为齿轮转动,然后用LIGA技术制备了光热马达,并开展了实验研究,初步验证了将光能直接转变为转动的机械能输出的构想,开创了光能利用的新思路。最后,设计了一种能够在激光驱动下整体向前步进蠕动的光热爬行机构。