微电子机械系统(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)是近年来国际上兴起的一个新的研究领域,是新一轮技术产业革命.目前,世界各国对MEMS的投入力度在逐年增大,然而,MEMS的应用却比预期的要慢,其中主要原因是MEMS器件的可靠性不能得到保证.除了为数不多的MEMS产品进入市场外,相当一部分MEMS器件依然停留在实验室阶段.影响MEMS器件可靠性的一个重要因素就是微尺度材料的力学性能,因为在微观领域材料性能出现尺寸效应,表现出与宏观材料的巨大性能差异,因此,需要在实验的基础上建立MEMS材料数据库.而光学方法是目前MEMS材料力学性能研究的主要途径,所以,MEMS光学测试技术和方法的研究具有重要意义.该文首先阐述了MEMS的起源、概念、特点及其应用前景,指出了当前MEMS发展急需解决的问题,综述了光学测试技术和方法的研究现状,说明了光学测试技术和方法在MEMS测量中的重要地位.三维形貌和离面变形的光学测量是MEMS设计和制作中最基本的测试技术.文中较全面地总结了三维形貌的光学测量方法,分析了光学条纹图的各种处理技术,重点讨论了相位展开问题,这是信息提取的一个重要必经环节.在此基础上提出一种基于最小相位截面差的相位展开算法,为后续章节条纹图的处理打下基础.MEMS器件可动电极的偏转角同驱动电压之间的函数关系是MEMS器件的一个重要性能参数,也是影响MEMS器件可靠性和寿命的一个因素.该文用显微投影技术结合相移法研制了显微三维轮廓仪,并用该仪器研究了MEMS微镜和MEMS光开关可动电极的偏转角同驱动电压之间的关系,为优化MEMS器件工作性能参数提供一定的参考依据.相移法是国际上公认的最可靠、精度最高的条纹处理方法,但以往的相移法需要三幅或三幅以上条纹图才能解调出相位信息.为减少图像采集时间和提高测量速度,该文提出两步相移法,该方法只需两幅相位差为π的条纹图即可解调出相位信息,且数据处理简单、快速.该方法用于微镜电极板的三维形貌测量,取得满意结果.薄膜是MEMS中最常用的材料,其力学性能的研究对提高MEMS器件的可靠性和寿命具有重要意义.该文提出数字散斑分步相关法,并用该方法测量了聚酰亚胺/二氧化硅(硅硫酸Si(OH)<,4>高温脱水)复合材料薄膜的弹性模量和泊松比.谐振法是材料力学性能的一种动态测试方法,通常该方法需要专门的激振装置和精确的位移测量机构.该文提出一种新的谐振法——时间积分成像法,该方法不需复杂的激振装置,位移测量也很简单.文中用该方法测量了一悬臂梁的弹性模量,并同电测法测量结果进行了比较,证实了该方法的可行性.