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王竹卿教授团队Optics Express:一种基于模态耦合的单驱动二自由度宽带微镜
发布时间:2025-01-10


一、 研究介绍

近日,四川大学机械工程学院王竹卿教授团队在MEMS微镜领域取得了重要进展,提出了一种内共振的单驱动二自由度微镜,简化了机械结构和外围电路,用于眼动追踪等便携式应用。相关研究成果以题为“A Single-Drive 2-DOF Wideband Micromirror via Mode Interaction”的论文,发表在期刊《Optics Express》上(川大B刊,IF=3.2)。论文的第一作者为谭皓宇和张丽佳,通讯作者为夏操和王竹卿教授。

基于内共振的静电式MEMS微镜简介图

二、 研究内容

MEMS微镜技术是当前的研究热点之一。本文提出了一种具有双偏置扭轴的新型静电二自由度微镜结构。通过引入内共振,在单一驱动力作用下实现了两轴在较宽频率范围内的锁频比同步运动,这大大简化了机械结构,拓宽了工作频带。

文中还提出了两种驱动方法,实现了在1:2频率比驱动下的高密度扫描。并进一步进行了宏观实验,验证了理论模型的有效性,成功实现了1:2的内共振。

最后讨论了内共振微镜的结构优化设计,仿真结果表明,内共振微镜的能带扩展至少达到135.58%。与传统的谐振微镜相比,该微镜在很小的振动幅度牺牲的情况下,极大地提高了工作频带,在复杂环境下也能保证谐振状态。

这种新型微镜为复杂环境下的便携式设备提供了一种新的芯片解决方案,大大简化了双轴谐振微镜的结构,降低了加工成本,提高了加工可靠性。

2 采用扫频驱动内共振微镜的眼部扫描仿真结果

3 宏观实验中内共振微镜的谐振性能

4 内共振微镜的优化结构设计

三、 结论和展望

这项研究提出了一种新型微镜,基于内共振原理实现了单驱动下的双轴谐振。在未来工作中会继续完成MEMS加工制造并完成准周期振动行为的相关研究。