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针对国内外激光通信光束偏转微驱动构件所存在的体积大、功耗高、迟滞大、响应速度慢、控制精度低及控制方法复杂的技术瓶颈问题,开展了基于反铁电厚膜材料优异特性的激光光束偏转微驱动构件及控制方法的基础研究。利用硅基反铁电材料的相变应变效应、相变前近线性效应和快速开关特性,实现前沿功能材料与微纳器件的兼容制造,提出激光通信系统光束偏转构件集驱动/光偏转功能一体化设计及其控制方法研究。论文从材料科学与MEMS光器件应用相衔接的角度出发,提出缓冲层晶格匹配设计和多步退火界面应力释放方法,实现大面积(Pb,La)(Zr,Ti)O3(简称PLZT)硅微反铁电功能厚膜异质集成制造;结合微纳兼容制造关键技术,研制具有小尺寸、响应速度快、迟滞小和控制精度高的PLZT反铁电厚膜微镜驱动构件,揭示其在电场作用下的结构相变调控规律及相应的相变应变效应影响机制;将PLZT反铁电厚膜微镜驱动构件作为控制对象,设计可行的控制方案并建立闭环模型进行有效性的成功验证。这些都为微小型、小滞后、高精度控制激光通信系统光束偏转微驱动构件的设计和开发提供理论依据和实用构件支持。主要研究内容和成果陈述如下:(1)研究溶胶-凝胶工艺诱导生长与硅衬底晶格高度匹配的(100)择优取向铅基铁电/反铁电功能介质厚膜(3μm),提出多步退火晶粒尺度控制的界面应力释放技术,实现大面积均匀致密(表面粗糙度<3nm)功能介质厚膜的晶圆级异质集成;揭示在电场作用下的相变调控规律,分析电场调控下硅基反铁电厚膜材料的相变行为特性和场致应变效应。(2)研究干法刻蚀、湿法刻蚀和反溅射复合工艺技术实现了电介质厚膜与电极层的图形化加工制造,结合硅微MEMS加工技术,解决了基于功能转换介质厚膜的硅微基础结构异质兼容制造出体积小、响应时间短、控制精度高的PLZT反铁电厚膜微镜构件。(3)测试分析微镜驱动状态(如谐振频率、挠度和偏转角度等)与其设计结构、激励电场信号、反铁电厚膜致动单元分布状态等因素之间的关系,揭示电场调控反铁电厚膜硅微镜构件应变规律、驱动能力、偏转角度及频响之间的依赖关系等。(4)根据PLZT微镜的非线性迟滞特性,建立了前馈逆补偿和复合控制方案。实验结果表明,基于PID反馈控制与Preisach逆补偿的前馈相结合的复合控制具有线性度更好的输入输出关系,能够更好的满足PLZT微镜的精跟踪控制要求。综上所述,从理论和实现角度均验证了论文所提出的光束偏转微驱动构件,具备微型化(μm3级)、响应速度快(百纳秒级)、功耗低(十伏级)和控制精度高(μrad级)等高性能指标。