电磁MEMS基本原理-MEMS扫描微镜和MEMS开关

1 电磁驱动型 MEMS 扫描微镜

电磁驱动型扫描微镜是依据带电线圈产生的电磁场来驱动的。电磁微镜最明 显的优势是仅在低电压低电流的驱动下就可以达到较大的微镜角度偏转，同时也 具有偏转速度快，频率高等特性。电磁式驱动可以产生吸引力和排斥力，因而其 设计方式更加灵活；另外，电磁扫描微镜还可以利用磁场的强弱实现镜面偏转控制。

电磁式 MEMS 扭转微镜的微驱动器通常有两种类型，第一种是基于洛伦兹力原理设计的，第二种是基于双极子原理设计的。

基于洛伦兹力原理的设计思想是通过把MEMS 扭转微镜做成线圈放置在永磁场中，其工作原理类似电动机，永磁体磁场会和通入电流的线圈相互作用产生洛伦兹力驱动 MEMS 扭转微镜偏转。

基于双极子原理的设计思想是需要在 MEMS 扭转微镜中添加磁性介质，利用磁性微镜在外界磁场作用下产生的电磁力驱动 MEMS 扭转微镜偏转。双极子原理设计的 MEMS 扭转微镜具有较大位移、较大偏转角、较小驱动电压等优点。

平面线圈和磁场产生的洛伦兹力会驱动MEMS微扫描镜绕梁发生转动，其扭转动力学模型 是标准的质量－弹簧－阻尼二阶振动系统，机械结构的力学方程可以表示为

T 为电磁驱动力矩；J 为转动惯量; K 为转动刚度; c 为阻尼系数; ，和分别为MEMS微镜转动的角度、角速度和角加速度。

2 MEMS开关

MEMS开关原理如下图

若在平面线圈中通入电流,随着电流的增大,线圈产生磁场,对微弹簧上的 坡莫合金产生电磁吸力,带动微弹簧平台和挡光片 一起垂直向下运动,由此,挡光片的不透光部分逐渐 进入到输入输出光纤间的光路中,耦合到输出光纤 的光功率就开始变弱,直至最后,光路完全被挡光片 挡住,衰减量达到最大,去掉驱动电流后,微弹簧的 回复力可使挡光片返回初始位置.