CN220289901U - 一种基于金属铂驱动的光开关装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种基于金属铂驱动的光开关装置，主要由输入光纤、输出光纤、可动微镜、电热保险机构、电热驱动器等结构组成。输入光纤和输出光纤分别与光发射管和光敏器件连接，固定光纤和可动微镜组成反射型光回路。电热保险机构作为一道保险，用于实现对可动微镜的安全、解保以及运动到位后的定位。电热驱动器用于解保后驱动可动微镜运动到位，实现光路通断状态的转换。可动微镜通过四根弹簧梁与光开关基体相连。要解决的技术问题为：解决弹药引信驱动***在低电压环境中的安全性与可靠性问题，满足弹药引信微小型化、通用化和高可靠性的军事需求。具有以下优点：(1)结构尺寸小；(2)作用可靠；(3)制造成本低；(4)功率损耗小；(5)应用范围广。

Description

一种基于金属铂驱动的光开关装置

技术领域

本发明涉及一种基于金属铂驱动的光开关装置，具体涉及一种基于金属铂驱动的光开关装置的原理及其设计方法，属于弹药引信微光机电***(MOEMS)领域。

背景技术

随着智能弹药的发展，引信技术呈现灵巧化、智能化的发展趋势。将MEMS技术应用到引信安全***的设计中，可以将引信安全***的整体尺寸降低，并且可以将大部分器件结构集成在一起，提高***集成度。由于火炮引信***的电子元器件及电子线路多达上百件，电磁环境复杂，因此，各环节容易产生严重的电磁干扰现象，甚至可能引起引信***的失效或早炸。将MEMS光开关应用于引信***中，可以实现从电到光再到电的能量传输，从而切断干扰能量传输的途径，提高***的电磁兼容性。

微机电***(MEMS)，是指由微机械加工技术制作的包括微机械传感器、微机械执行器、微机械器件等基本部分以及微能源和高性能电子集成线路组成的微机电***。微光机电***(MOEMS)技术是在微机电***技术基础上发展起来的一支极具活力的新技术***。

微驱动器是MOEMS控制光路通断的核心部件，也是MOEMS动力部分的关键结构，其功能主要是实现力或位移的转化与输出。电热驱动器通过电-热-机械多物理场耦合实现位移与驱动力的输出，具有结构稳定、易于集成、驱动位移及驱动力大等特点。然而，传统的电热驱动器对电压要求高，耐高温性能差，热损耗大，能量转换效率低，在集成电路中易造成周边器件性能因温度而改变，不适用于低电压条件下的驱动。除此之外，在弹药采取以热电池作为激活电源的情况下，使用低电压驱动能更好的减少对电源的需求，节省占弹空间，增大战斗部装药量，提升弹药的毁伤效能。因此，如何实现弹药引信***驱动器的微小型化及低电压下稳定准确动作，对于扩展引信的功能、实现引信的智能化并保证战斗部的毁伤效果是当前弹药引信研究亟需要解决的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明公开一种基于金属铂驱动的光开关装置，要解决的技术问题为：解决弹药引信驱动***在低电压环境中的安全性与可靠性问题，满足弹药引信微小型化、通用化和高可靠性的军事需求。具有以下优点：(1)结构尺寸小；(2)作用可靠；(3)制造成本低；(4)功率损耗小；(5)应用范围广。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

本发明公开的一种基于金属铂驱动的光开关装置，主要由输入光纤、输出光纤、可动微镜、电热保险机构、电热驱动器组成。输入光纤和输出光纤分别与光发射管和光敏器件连接，固定光纤和可动微镜组成反射型光回路。电热保险机构作为一道保险，用于实现对可动微镜的安全、解保以及运动后的定位。电热驱动器用于解保后驱动可动微镜运动，实现光路通断状态的转换。可动微镜通过四根弹簧梁与光开关基体相连。

所述的一种基于金属铂驱动的光开关装置，其中微型电热驱动器主要由V型梁、卡头等部分构成。V型电热驱动器的材质是铂，金属铬作埋氧层充当粘合剂，将V型铂与底层硅粘在一起。当通过电极施加电压时，V型悬臂梁的末端可以运动。V型梁通电时，微驱动器臂中产生电流并发热，臂发生弯曲变形推动V型梁运动。

有益效果

1、相比于现有的微驱动光开关装置，本发明公开的一种基于金属铂驱动的光开关装置，能有效提高安全***的抗电磁干扰能力，具有尺寸微小、功能集成、开关响应快、可靠性高、抗冲击、抗振动、抗过载、高耐受光功率、低***损耗的特点。采用铂金属作为电热驱动的结构层，利用金属铂良好的延展性、导热性、导电性和耐高温性能实现低电压条件下的大位移驱动，有利于减小引信安全***的功耗。又因金属铂化学性质不活泼，在空气和潮湿环境中比较稳定，有利于提高装置的储备稳定性。

2、本发明公开的一种基于金属铂驱动的光开关装置，在充分考虑引信实际应用背景的基础上，采用V型结构作为电热驱动器的驱动部件。V型梁只需一种材料就可实现驱动，结构简单，并且能够实现阵列结构，大幅提高输出驱动力。同时该装置具有体积小、重量轻、结构紧凑、原理简单、制造成本低、通用化程度高、工作可靠的优点，可以被广泛应用于多种弹药上。

附图说明

图1为本发明公开的一种基于金属铂驱动的光开关装置结构示意图。

图2为本发明公开的一种基于金属铂驱动的光开关装置的可动微镜结构示意图。

图3为本发明公开的一种基于金属铂驱动的光开关装置的电热驱动机构示意图。

图4为本发明公开的一种基于金属铂驱动的光开关装置的电热驱动机构结构图。

其中：1-输入光纤、2-输出光纤、3-可动微镜、4-电热保险机构、5-电热驱动器、3-1保险槽、3-2定位槽、3-3硅弹簧、3-4驱动槽、5-1V型梁、5-2卡头、5-3金属铂薄膜层、5-4铬粘结层、5-5硅结构层。

具体实施方式

为了更好的说明本发明的目的和优点，下面结合附图和实例对发明的内容做进一步的说明。

实施例1

本实施例公开一种基于金属铂驱动的光开关装置。如图1所示，主要包括输入光纤1、输出光纤2、可动微镜3、电热保险机构4、电热驱动器5；当控制器未接收到发射过载信号和飞行环境信号时，电热保险机构4的卡扣卡在微镜的保险槽3-1里防止微镜运动导通光路，此时光路是断开的，电热保险机构处于保险状态。当控制器判断到发射过载信号和飞行环境信号后，发出指令控制保险机构通电，电热保险机构4的V型梁受热变形向远离微镜方向运动，直到卡扣离开保险槽，解除对可动微镜3的保险；电热驱动器5通过驱动槽3-4与可动微镜3相连，当保险机构解除保险后，控制器发出指令控制驱动器通电，V型梁5-1受热变形向靠近微镜的方向运动，卡头5-2推动微镜运动，直到微镜到达指定位置，导通光路；当可动微镜运动到位后，电热保险机构断电，V型梁恢复原状，卡扣卡在定位槽3-2里，阻止微镜往回运动，电热保险机构4重新恢复到保险状态；当电热保险机构恢复保险状态后，电热驱动器5断电恢复成原始状态，整个光开关动作完成。

固定光纤和可动微镜共同构成反射光纤光路，可动微镜的侧面是镀金膜的反射镜面，可动微镜通过硅弹簧3-3与基板连接，可动微镜的运动由微小型电热驱动器提供动力，采用电热保险机构作为可动微镜的电保险，用于对可动微镜安全状态的控制和运动到位之后的限位。

图1所示的实施方案中，采用基于聚乙烯的SOI硅基制备工艺实现金属铂驱动的光开关装置集成。拟在SOI硅片上利用微加工工艺加工出硅基MOEMS光开关装置。SOI由三层结构组成，分别是顶层硅、埋氧层、底层硅。设计的MOEMS光开关装置的所有结构都分布在顶层硅。在加工完成之后，可动部件结构背后的埋氧层和底层硅被释放，形成背部镂空的MOEMS光开关装置。因为金属铂(Pt)具有良好的延展性、导热性、导电性和耐高温性能，能够实现低电压条件下的大位移驱动，有利于减小引信安全***的功耗，所以采用金属铂作为电热驱动的金属铂薄膜层5-3，采用铬(Cr)作为金属薄膜层与硅结构层之间的铬粘结层5-4，使得硅结构层5-5与金属铂薄膜层能更好的连接。又因金属铂化学性质不活泼，在空气和潮湿环境中比较稳定，能有效提高装置的储备稳定性。

最后需要注意的是，以上所诉的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，目的在于进一步理解本发明，所应理解的是，以上所诉仅为本发明的具体实例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含着本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于金属铂驱动的光开关装置，包括输入光纤(1)、输出光纤(2)、可动微镜(3)、电热保险机构(4)，其特征在于：还包括电热驱动器(5)，输入光纤(1)、输出光纤(2)分别与光发射管和光敏器件连接，光纤和可动微镜(3)组成反射型光回路；可动微镜(3)、电热保险机构(4)和电热驱动器(5)在同一片SOI硅片上制备出；可动微镜(3)上设计有保险槽(3-1)、定位槽(3-2)和驱动槽(3-4)，电热保险机构(4)作为一道保险，用于实现对可动微镜(3)的安全与解除保险作用；电热驱动器(5)由金属铂薄膜层(5-3)、铬粘结层(5-4)和硅结构层(5-5)组成，用于解保后驱动可动微镜(3)运动到位，实现光路通断状态转换。

2.如权利要求1所述的一种基于金属铂驱动的光开关装置，其特征在于：所述电热驱动器(5)由V型梁(5-1)和卡头(5-2)构成；电热驱动器(5)最上层为金属铂薄膜层(5-3)，中间层是铬粘结层(5-4)，用于充当粘合剂，将金属铂薄膜层(5-3)与硅结构层(5-5)粘在一起；电热保险机构(4)通电后退出保险槽(3-1)，解除对可动微镜(3)的保险；V型梁(5-1)通电后发生弯曲变形，卡头(5-2)通过驱动槽(3-4)推动可动微镜(3)运动；电热保险机构(4)通过定位槽(3-2)实现对可动微镜(3)解保后的位置固定。