激光冲击波驱动微结构研究

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随着MEMS(微机电系统)系统朝着体积小、成本低、效率高等方向的发展,改善其驱动方式也变得迫在眉睫。而基于激光冲击波力学效应的驱动具有噪音小、负载能力强、安全易控制、能量利用率高等诸多优点,非常符合新型MEMS的驱动需求,是一个很值得深入研究的新领域。首先,本文利用表面分别贴有铝、硅、不锈钢、铜四种材料薄片作为牺牲层的微小悬臂梁,在无约束层的直接烧蚀模式下使用波长1064nm的红外激光和波长248nm的紫外激光分别进行激光冲击波的驱动实验和动力学仿真,深入研究了激光输出功率密度、激光工作频率、牺牲层材料的不同属性对驱动效果的影响,同时就宏观的实验现象和微观的理论研究出发,讨论了两种不同激光驱动效果的优劣。其次,在研究各激光参数和牺牲层材料对水约束模式下驱动效果的影响时,还对水约束模式下激光与靶材的相互作用机制进行了讨论,观察并详细分析了该模式下驱动效果较直接烧蚀模式的改善和加强,对比了驱动实验和流固耦合的动力学仿真的结果,并在理论缺陷和实验条件等方面分析了误差产生的原因。最后,本文利用硅微小悬臂梁和硅制矩形薄膜模拟MEMS微器件进行驱动实验,对被驱动件的振动特性和振动速度波形进行了探讨,通过仿真和实验分析了其动态特性。
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