一个高性能10毫米直径的MEMS快速转向镜,配有集成的压角度传感器,用于激光卫星间连接
Wenli Xue1,2, Yichen Liu1,2, Xingwang Zhu3
1State Key Laboratory of Transducer Technology, Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology, Chinese Academy of Sciences, Shanghai, China.
Microsystems & nanoengineering
|April 28, 2025
概括
这项研究介绍了一种紧的压电微电机系统 (MEMS) 快速转向镜 (FSM) 用于激光卫星间连接. 新的设计增强了压式传感器的灵敏度,实现了太空应用的高精度光束控制.
科学领域:
- 光电学和光子学的光电子学和光子学.
- 微电机系统 (MEMS) 是指微电机系统.
- 太空技术 太空技术
背景情况:
- 激光卫星间链路 (ISL) 需要精确的光束指向,以实现高速光通信.
- 现有的快速转向镜 (FSM) 可能缺乏要求ISL应用程序所需的性能.
- 在紧的MEMS设备中集成传感和执行对于小型化至关重要.
研究的目的:
- 为ISLs开发和描述一个紧的,高性能压电MEMS FSM.
- 为了提高集成型压力复制 (PZR) 传感器的灵敏度和精度.
- 通过全面的性能测试来验证FSM适合ISL要求的适用性.
主要方法:
- 使用8英寸晶圆级别的优质粘合工艺,批量制造FSM.
- 在FSM弹上集成一个PZR传感器,并使用一种新的定向缺陷结构来创建应力度区域 (SCR).
- 性能评估包括机械特性,PZR传感器特性,光学质量,非线性,角分辨率和步骤响应时间.
主要成果:
- FSM实现了高共振频率 (>1 kHz),低非线性 (0.05%@±2.1 mrad) 和卓越的指点精度 (0.3 μrad分辨率,1.11 μrad精度).
- 新的SCR设计显著提高了PZR灵敏度,从3.3到5.4mV/(V·mrad).
- FSM显示出快步响应时间 (0.41 ms) 和控制带宽超过2 kHz,动态变形最小 (2 nm).
结论:
- 开发的压电MEMS FSM符合激光ISL的严格要求.
- 集成的PZR传感器与SCR设计为光束控制提供了更高的灵敏度和精度.
- 紧的尺寸,高性能和批量制造工艺使这种FSM成为未来ISL系统的有希望的解决方案.
