Двухкоординатные микромеханические системы отклонения лазерного луча нашли применение, как в специальной, так и в бытовой технике. Достоинство таких систем – работа с высокой частотой отклонения луча, малые размеры, простота конструкции, низкая энергоёмкость.
Двухкоординатные развёртывающие (зеркальные) системы, построенные путём комбинации однокоординатных систем, отличаются сложностью конструкции и невысокой надёжностью. Перспективным является подход, основанный на использовании в системе корданового подвеса зеркала, позволяющего одновременное отклонение луча по двум координатам. В качестве опорных элементов в системе используются торсионы во взаимно-перпендикулярных направлениях (вдоль осей х и у).
В данной работе проводятся расчёты элементов конструкции микрозеркала, напряжений, деформации, допустимых перегрузок и другие. Рассматривают три варианта зеркала с отражающем из золота, алюминия и никеля.
Вся конструкция микрозеркала формируется на поликристаллическом кремнии методом планарной технологии. Формирование отражающего металлического покрытия осуществляется напылением при температуре 400 С или электрохимическим осаждением.
Характеристики материалов, применяемых в конструкции микрозеркала приведены в таблице 1. Диапазон рабочих температур микрозеркала принят от +50 до -30 С.
Таблица.1
Характеристики материалов
|
материал |
Si – пол. |
Au |
Al |
Ni |
|
Плотность, q, г/см3 |
2.33 |
19.3 |
2.4 |
8.0 |
|
Модуль упругости Е, МПа |
1.7∙105 |
0.8∙105 |
0.7∙105 |
2.1∙105 |
|
Модуль сдвига G, МПа |
0.68∙105 |
0.32∙105 |
0.28∙105 |
0.84∙105 |
|
Коэффициент термического расширения |
4.7∙10-6 |
14∙10-6 |
26∙10-6 |
13∙10-6 |
Общий вид зеркала приведен на рисунке 1. Размеры элементов и угол отклонения заданы для всех параметров в таблице 3. Порядок расчёта и расчётные зависимости даны в разделе 2. Пример выполнения работы показан в разделе 4.
1- зеркальный элемент;
2- рама;
3- торсион зеркального элемента;
4- торсион рамы.
Рис.1 Общая схема двухкоординатного микрозеркала.
2. Методика расчёта параметров двухкоординатного микрозеркала.
2.1 Расчёт зеркального элемента на торсионах (рис. 2)
Основание элемента несёт на себе отражающее покрытие, выполненное из Au, Al или Ni. Материал основания – кремний поликристаллический с размером зерна 0,3 – 0,4 мкм. Общий вид двухкоординатного зеркала приведен на рисунке 1. Торсионы одноветьевые.
Масса зеркального элемента (см. рис. 2) определяется массой основания и отражающего металлического слоя толщиной hм. Размеры для каждого варианта курсовой работы приведены в таблице 3.
где 
— масса основания из Si
— масса отражающего слоя Ме,
a4, h0 — ширина и толщина основания из Si (см. табл. 3),
a5, hMe — ширина и толщина отражающего слоя Ме.
Загрузка...
