微光机电系统(MOEMS)是近几年在微机电系统(MEMS)中发展起来的一支极具活力的新技术系统，它是由微光学、微电子和微机械相结合而产生的一种新型的微光学结构系统。MOEMS是一种可控的微光学系统，该系统中的微光学元件在微电子和微机械装置的作用下可能对光束进行汇聚、衍射和反射等节造，从而可最终实现光开关、衰减、扫描和成像等职能。该系统把微光学元件、微电子和微机械装置有机地集成在一路，可能充分阐扬三者的综合机能，不仅可能使光学系统微型化而降低成本，并且可实现光学元件间的自对准，更沉要的是这种组合还会产生新的光学器件和装置。MOEMS的出现将极大地推进信息通讯、航天技术以及光学工具的发展，对整个信息化时期将出产深远的影响。

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一、微光机电系统在民用领域的利用钻研

MOEMS在光通讯、数字图像获取、显示与处置、IT表围设备、环境

；ぁ⒆远镆搅粕璞浮⒐ひ凳鼗さ确矫嬗凶藕芎玫睦迷毒，国表在上述领域发展了一系列MOEMS技术和产品的钻研开发。

1.光通讯

开关元件是光网络的主题部件，其机能的曲直是决定网络机能的关键

；贛EMS的光开关，由于其与光信号的体式、波长、和谈、调造方式、偏振和传输方向等均无关，并且在损耗和扩大性上都要优于其它类型，与未来光网络发展所要求的通明性和可扩大性等趋向相切合，在成为主题光互换器件中的主流。最近MOEMS获得的绝大无数创新和进取都体此刻光通讯领域，光通讯已经成为MOEMS的重要利用领域之一。

近年来正大力发展一种集成化的MEMS光开关，即在硅片上用微加工技术做出大量可移动的微型镜片组成的开关阵列。AT&T尝试室选取MOEMS技术研造了8×8光开关阵列。此微机械光开关的尺寸约莫为1厘米×1厘米，每个输入端口对应一个准直微透镜，每个输出端口对应一个聚焦微透镜，光开关的重要组成部门是一个8行8列的微反射镜矩阵以及每个微反射镜所对应的节造系统，镜面通过销轴联接。通过抓爬驱动器使微镜动弹90度，使来自输入光纤的光束反射到所但愿的输出光纤中。光开关的开关速度为亚毫秒级。这种光开关的染指损耗较大，最大可达19.9分贝(见图1)。目前MEMS光开关还处于钻研阶段，没有形成产业化。随着光通讯技术的发展，网络带宽的扩大，MEMS光开关会越来越受到人们的器沉，拥有沉要的钻研价值和辽阔的利用远景。

除了MEMS光开关表，目前在光网络中用得比力多的MOEMS器件还有光纤开关、光交叉衔接设备、波分复用/解复用器、可调谐滤波器、色散赔偿器、光耦合器等。

2.数字图像处置

在图像处置的有关产品方面，MOEMS技术大多利用于信息的显示、打印和处置。其中最为成熟的是数字微镜装置(DMD)。图2所示为美国TI公司研造的DMD光开关道理图。它通过能够旋转10度的旋转韭反实现投影显示。每个微镜下都有驱动电极，鄙人电极与微镜间加肯定的电压，静电力使微镜倾斜，输入光被反射至镜头，投影到屏幕上，未加电压的微镜处的光线反射至镜头表。这样，微镜使每点产生明暗，投影出图像。目前，已研造出的DMD的像素达2048×1152。DMD可利用于投影仪和电视等装置上。

二、微光机电系统在军事及空间领域的利用钻研

固然MOEMS技术的钻研与现实利用还有一段距离，但是由于利用该项技术能够实现兵器系统的幼型化、低功耗和低成本，所以受到了军事部门的器沉。

1.美国国防高级钻研打算局(DARPA)发展的钻研情况

DARPA对于MOEMS的钻研赐与高度器沉，萦绕MOEMS技术及其利用发展了一系列钻研打算，例如光束矫捷节造(STAB)系统、光学微型网络、超大规模集成光学、处置光波长和空间信号打算、高清澈度系统打算、基于士兵系统的MOEMS技术的发展打算等，这里仅介绍其中的几个打算。

■光束矫捷节造(STAB)系统STAB打算是要开发出芯片一级的光束把持元件，主张是发展幼型、轻型激光波束节造技术，来包办光学通讯和红表匹敌系统中的大型、机械节造的镜头系统。该打算可用来解决激光通讯系统中激光光束的方向角窄，影响激光通讯系统的实用化的问题。打算的总指标是实现将光束矫捷节造系统的尺寸缩幼30倍，沉量减轻60倍。

■光学微型网络该打算重要进行经济可接受的高速光学数据网演示，现实利用于飞机和军舰。已经演示了把垂直腔激光综合到驱动电子装置顶上，并与必要的微型光学结合到一路，形成光学衔接。而后，放大到16×16灵巧单元阵列光学通讯块，进行芯片与芯片之间通讯演示。在实战飞行试验方面，通过利用AV-8B飞机的实弹演习，进行10兆比/秒光学网络的飞行试验。

■超大规模集成光学打算的主张是利用光链路包办电子链路，用于芯片与芯片之间、板与板之间的通讯，使线路板之间的数据传输率达到每秒太比特，有利于合成孔径雷达、自动指标鉴别等高速数据处置，能够使这些系统的体积功率削减100～1000倍。依照打算，其灵巧像元阵列将放大到100×100，并演示合成孔径雷达的数据处置。

DARPA钻研以为MOEMS在国防方面的利用蕴含以下7个方面：兵器造导和幼我导航芯片上的惯性导航组合;军备跟踪、环境监控、安全勘测的无人值守散布式传感器系统;幼型分析仪器、液压与气动系统、推动和点火节造的集成流量系统;代替当前弹头系统与改进安全性和靠得住性的兵器安全复原，保险和引信;移动车辆和运载器上有前提保养的嵌入式传感器和执行器，在轻兵器系统/平台和抵抗灾害构筑中按需加强结构强度;用于每平方厘米千兆字节存储密度的大规模数据存储设备和系统;用于甄别敌友系统、显示器和光纤开关/调节器中的集成微光学机械器件;用于飞机、自适应光学和精密部件与资料处置的自动、共形表表。

2.微光机电系统在空间的利用

光通讯和光遥感是MOEMS在空间的重要利用。

微/纳卫星组网时卫星之间的通讯若通过地面站，则噪声滋扰和低功率等原因将影响传输质量。解决的法子是选取光通讯，它传输容量大(理论值可达7.5吉比/秒)，传输速度高、带宽宽，且不占用无线电波段。卫星使用光扫描器，因其体积幼、转角大、散射幼和频率高，能够用来实现卫星网间的捉拿、对准和跟踪。美国航宇局已把空间光通讯列入“新盛世”打算和“深空系统技术”打算。随着MOEMS产品的成熟，有可能将微光学元件、微调整器、光源、探测器和处置电路等集成在统一芯片上，组成各类专用自由空间光学平台，从而实现光学平台的微型化。目前，美国航宇局喷气推动尝试室已将多个MOEMS和处置电路组装成多芯片光通讯？。国表钻研出的一种用于低功耗光学调造和波束节造的？，尺寸为10厘米×10厘米×2厘米，质量仅0.4千克，功耗幼于5瓦。

随着卫星微幼型化，用于确定姿势、自主导航、科学成像和成像光谱技术的各类光学仪器，其孔径和光学系统的可利用空间迅速减幼。为此，一方面能够在光学系统中通过选取MEMS技术造作的微透镜阵劣注微衍射元件、微光扫描器和光纤感光板等来减幼尺寸;另一方面能够把微光学元件、微机械构件、探测器和处置电路集成积木式？，进一步减幼体积。喷气推动尝试室实现的用于光学导航和成像科学的根基光学积木式？，尺寸为10厘米×10厘米×16厘米，质量仅0.17千克，功耗幼于0.3瓦。美国劳伦斯·利弗莫尔国度尝试室与OCA利用光学公司合作研造的宽视场星跟踪器，有很宽的视场(28度×43度)，可在50毫秒内求出亮星的中心点，能以20微弧度(3σ值)的高精度跟踪指标。该星跟踪器蕴含微电子线路在内，质量仅为175克，功耗3瓦。

三、微光机电系统的

利用远景与瞻望

MOEMS以其对光束在功夫和空间上的精确节造能力以及体积幼、可批出产、功耗低和价值合理蹬着势，将宽泛利用于光通讯、大规模数据存储、图像显示、军用光电窥伺设备、光互连推算、自主式航天交会、激光测距、激光雷达、造导、预警监督系统以及使得使用大型光学孔径的航天器实现幼型化等方面。

欧洲非获利性组织——多职能微系统卓越网络(NEXUS)对2000～2005年世界MEMS市场的预测汇报指出，在2000～2005年期间世界MEMS市场将以每年递增20%的速度增长，到2005年将达到680亿美元的市场份额。其中一个较大的市场需要是来自利用于通讯领域的MOEMS和射频MEMS(RF-MEMS)。到2005年，MOEMS和RF-MEMS在环境、工业自动化、航空电子设备和军事等方面的通讯利用市场份额将达到3亿美元。

固然MOEMS技术发展的汗青并不长，但这是一项学科交叉性和综合性都很强且极具发展潜力的高新技术７⒄拐飧隽煊虻目蒲Ъ际踝暄，既能够带头一些沉要的基础课题钻研，又能够带头大量概想全新的职能部件开发，因而目前已经成为世界列都城看好的钻研热点之一。