微光機電系統 又名：MOEMS

　　微光機電系統是一種可控的微光學系統，該系統中的微光學元件在微電子和微機械裝置的作用下能夠對光束進行匯聚、衍射和反射等控制，從而可最終實現光開關、衰減、掃描和成像等功能。該系統把微光學元件、微電子和微機械裝置有機地集成在一起，能夠充分發(fā)揮三者的綜合性能。

　　微光機電系統（MOEMS）

　　微光機電系統的領域可以從微光學、微電子與微機械三個領域之間的關系來了解。微光學與微電子的交集為光電領域（OptoElectronics），微光學與微機械的交集則為光機領域（OptoMechanics），而微電子與微機械的交集則是微機電系統領域（MEMS）。而微光機電系統（MOEMS）領域就是三者的交集，或稱為光學微機電系統（OpticalMEMS）。

　　微光機電系統與常規(guī)系統相比，具有體積小、重量輕、與大規(guī)模集成電路的制作工藝相兼容，易于大批量生產，成本低等顯著優(yōu)點。同時，傳感器、信號處理電路與微執(zhí)行器的集成，可使微弱信號的放大，校正以及補償等在同一芯片中進行，不需要經過較長距離的傳輸，這樣可以極大地抑制噪聲的干擾，提高輸出信號的品質。因此，微光機電技術的應用已經深入到許多不同的應用領域。目前，不但實現了一些小型化、集成化和智能化的光學系統，而且導致了新一代器件的誕生，如光學神經網絡芯片、MOEMS光處理芯片等。這一切必將影響光通信、光數據存儲、信息處理、航空航天、醫(yī)療器械、儀器儀表等應用領域，從而對未來的科學技術、生產方式、人類生活產生深遠的影響。微光機電系統的出現將極大地促進信息通信、航天技術以及光學工具的發(fā)展，對整個信息化時代將生產深遠的影響。

　　微光電機系統主要的產品有投影顯示器、光掃描儀與光通訊組件等。微光機電系統在學術單位與各大公司積極投入研發(fā)，蓬勃發(fā)展，其中有很多創(chuàng)新的技術。如美國ULCA大學的光學平臺構想，Berkeley大學的微掃瞄鏡的技術，使用標準的表面微加工技術的MUMPs所做的研究，不僅成為重要的技術標竿，也帶動后續(xù)很多的研究，一時間利用表面微加工技術的光開關、微鏡與微光學平臺變成非常熱門的領域。

　　隨著微光機電系統技術的不斷發(fā)展，現在已經有了定期召開的MOEMS國際研討會，1999年在美國圣地亞哥召開的的光纖通信大會把MOEMS列為一個專題。美國很多研究機構和公司都在致力于發(fā)展這門新興技術，歐共體也制定了有五國二十七個機構參加的三年微光系統計劃。目前，一些比較成熟的MOEMS產品已經出現在消費領域，隨著大量研究工作的進行，MOEMS的研究將成為一個新興的熱點，其研究成果必將關系到國家的科技、經濟和國防的未來。

　　微光機電系統的特點

　　比較成熟的MEMS技術為MOEMS的集成與微動作的實現提供了標準工藝和結構，MOEMS能把各種MEMS結構件與微光學器件、光波導器件、半導體激光器、光電檢測器件等完整地集成在一起，形成一種全新的功能部件或系統。其成為一個重要的技術發(fā)展方向主要是因為具有以下幾個特點：

　　1、生產中的優(yōu)勢與特點

　　MOEMS可以實現大批量生產。由于采用了集成電路芯片的生產技術，MOEMS芯片本身的封裝已經達到了高度的集成化，其生產成本也大幅度降低。

　　2、結構上的優(yōu)勢與特點

　　MOEMS的體積非常小，尺寸小至幾微米，大也不過幾毫米；響應速度在100ns～1s的范圍內；其可動結構通常由靜電致動，致動能為CV2/2；其結構可以做到相當復雜，包含元件數目達到1個～106個。

　　3、動作上的優(yōu)勢與特點

　　通過精確的驅動和控制，MOEMS中的微光學元件可實現一定程度或范圍的動作，這種動態(tài)的操作包括光波波幅或波長的調整、瞬態(tài)的延遲、衍射、反射、折射及簡單的空間自調整。上述任何兩、三種操作的結合，都可以對入射光形成復雜的操作，甚至實現光運算和信號處理。如何通過微型光學元件來實現上述操作是MOEMS區(qū)別于傳統物理光學系統的關鍵。

　　微光機電系統在民用領域的應用

　　微光機電系統在光通信、數字圖像獲取、顯示與處理、IT外圍設備、環(huán)境保護、自動化生物醫(yī)療裝備、工業(yè)維護等方面有著很好的應用前景，國外在上述領域開展了一系列微光機電系統技術和產品的研究開發(fā)。

　　光通信

　　開關元件是光網絡的核心部件，其性能的好壞是決定網絡性能的關鍵?；贛OEMS的光開關，由于其與光信號的格式、波長、協議、調制方式、偏振和傳輸方向等均無關，而且在損耗和擴展性上都要優(yōu)于其它類型，與未來光網絡發(fā)展所要求的透明性和可擴展性等趨勢相符合，正在成為核心光交換器件中的主流。最近MOEMS取得的絕大多數創(chuàng)新和進步都體現在光通信領域，光通信已經成為MOEMS的主要應用領域之一。

　　近年來正大力發(fā)展一種集成化的MOEMS光開關，即在硅片上用微加工技術做出大量可移動的微型鏡片構成的開關陣列。AT&T實驗室采用MOEMS技術研制了8×8光開關陣列。此微機械光開關的尺寸大約為1厘米×1厘米，每個輸入端口對應一個準直微透鏡，每個輸出端口對應一個聚焦微透鏡，光開關的主要組成部分是一個8行8列的微反射鏡矩陣以及每個微反射鏡所對應的控制系統，鏡面通過銷軸聯接。通過抓爬驅動器使微鏡轉動90度，使來自輸入光纖的光束反射到所希望的輸出光纖中。光開關的開關速度為亞毫秒級。這種光開關的介入損耗較大，最大可達19.9分貝。目前MOEMS光開關還處于研究階段，沒有形成產業(yè)化。隨著光通信技術的發(fā)展，網絡帶寬的擴大，MOEMS光開關會越來越受到人們的重視，具有重要的研究價值和廣闊的應用前景。

　　除了MOEMS光開關外，目前在光網絡中用得比較多的MOEMS器件還有光纖開關、光交叉連接設備、波分復用/解復用器、可調諧濾波器、色散補償器、光耦合器等。

　　數字圖像處理

　　在圖像處理的相關產品方面，MOEMS技術大多應用于信息的顯示、打印和處理。其中最為成熟的是數字微鏡裝置（DMD）。圖2所示為美國TI公司研制的DMD光開關原理圖。它通過可以旋轉10度的扭轉鏡來完成投影顯示。每個微鏡下都有驅動電極，在下電極與微鏡間加一定的電壓，靜電力使微鏡傾斜，輸入光被反射至鏡頭，投影到屏幕上，未加電壓的微鏡處的光線反射至鏡頭外。這樣，微鏡使每點產生明暗，投影出圖像。目前，已研制出的DMD的像素達2048×1152。DMD可應用于投影儀和電視等裝置上。