MEMS微变形镜的系统级建模研究

摘要

本文以微型自适应光学系统的关键部件微变形镜为研究对象,研究了微变形镜系统级建模的方法,建立了微变形镜的系统级模型,并实现了微变形镜阵列的仿真.论文的主要研究内容包括:研究了微变形镜的机电行为建模方法并建立了机电组件模型.研究了微变形镜的光学行为建模方法并建立了光学组件模型.确定了光信号的描述方法,采用几何矩阵光学和高斯光束的理论建立了光学元件平面反射镜和薄透镜的光学模型,用硬件描述语言MAST编码实现了多端口组件模型并进行了光学仿真.建立了微变形镜系统级模型并实现了系统仿真.仿真结果表明使用本文所述方法,可以实现微变形镜阵列的系统快速建模与仿真分析,有利于微变形镜阵列的设计与优化.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1自适应光学系统与MEMS微变形镜

1.2 MEMS系统级设计

1.3课题来源及本文研究内容

第二章微变形镜机电行为建模

2.1微变形镜功能组件分解

2.2多端口组件网络方法

2.2.1多端口组件模型的一般形式

2.2.2多端口组件网络

2.2.3基于硬件描述语言的编码技术

2.3弹性梁的行为模型

2.3.1弹性梁的力学行为模型

2.3.2弹性梁的多端口组件模型

2.3.3模型精确性比较

2.4平板质量块的行为模型

2.4.1平板质量块的力学行为模型

2.4.2平板质量块的多端口组件模型

2.4.3模型精确性比较

2.5平板式可变电容器的行为模型

2.5.1平板式可变电容器的机电耦合行为模型

2.5.2平板式电容器多端口组件模型

2.5.3模型精确性比较

2.6本章小结

第三章微变形镜光学行为建模

3.1光学行为建模理论

3.1.1近轴矩阵光学

3.1.2高斯光束的基本性质

3.1.3高斯光束的复参数表示和ABCD定律

3.2光学元件的光学建模

3.2.1光信号的描述

3.2.2反射镜和薄透镜的光学模型

3.2.3光学元件的多端口组件模型

3.2.4平面反射镜的光学仿真

3.3微变形镜阵列的光学性能评价

3.3.1斯特列尔比

3.3.2适配误差

3.3.3阵列光学性能评价多端口组件模型

3.3.4阵列光学性能评价分析

3.4本章小结

第四章微变形镜系统级建模与仿真

4.1微变形镜机电行为建模及仿真

4.1.1系统级模型

4.1.2谐振频率分析与模型精确性比较

4.1.3响应时间分析

4.1.4吸合电压分析

4.2微变形镜光相位调制行为建模及仿真

4.2.1微变形镜单元的建模及仿真

4.2.2微变形镜阵列建模及仿真

4.3本章小结

第五章总结与展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

研究生期间发表的论文

参加科研项目情况

致谢

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