1、微納米技術是近年來發(fā)展起來的一門新型的交叉學科，微機電系統(MEMS)技術是其中的一個重要分支。微驅動機構是一種能夠進行微納米級驅動及操作的MEMS器件，根據實現方法的不同可以分為各種類型。熱驅動機構是微驅動機構中的一種，該技術利用材料受熱后的體積膨脹實現微驅動，是當前微驅動技術研究的一個熱點所在。本文首次提出的光熱微驅動機構(photo-thermalmicro actuator，PTA)，以激光作為動力源，利用材料的光熱膨脹效應實現

2、微納米級的位移輸出，具有結構簡潔、制備方便、可遠程操控、主體可微小化和集成化等特點，是一種有著廣闊的發(fā)展和應用前景的新型微驅動機構。 本文對光熱膨脹機制進行了完整系統的研究，建立了微尺度光熱膨脹的靜態(tài)及動態(tài)模型。首先分析了光熱膨脹效應中出現的各種物理機制，包括有光熱能量轉換、熱傳導、對流換熱、輻射換熱、以及熱膨脹，研究了它們所依循的物理規(guī)律，總結了它們在光熱膨脹中所起的作用和影響。然后建立光熱膨脹機制的三維靜態(tài)模型，在滿足畢渥數

3、準則的情況下將其簡化為二維模型，通過數值模擬的方法得到了微機構內的二維溫度分布。根據二維模型的結果，將二維模型進一步簡化到一維，推導出了一維靜態(tài)模型的分析解，得到了激光照射下微機構的靜態(tài)溫度分布和靜態(tài)伸長量的表達公式，并以一種微膨脹臂為例進行了理論計算和分析。最后在一維靜態(tài)模型的基礎上，發(fā)展了光熱膨脹的動態(tài)模型，得到了激光照射下微機構的瞬態(tài)溫度分布和瞬態(tài)伸長量的表達公式，并以微膨脹臂為例討論了其在連續(xù)激光和脈沖激光照射下的動態(tài)響應。

4、 在理論研究的基礎上，首次設計并制備出各種新型光熱微驅動機構。基本型微膨脹臂直接利用微膨脹臂的光熱膨脹效應實現微納米級的微驅動。優(yōu)化型微膨脹臂根據光熱膨脹的特點對基本型微膨脹臂的結構進行了改進。雙臂對稱型PTA將膨脹臂長度方向的伸長量轉化為自由端的偏轉量，提高了驅動機構的性能。雙臂非對稱型PTA是在對稱型基礎上的進一步優(yōu)化，具有更精巧的結構和更高的自由度。選用具有高膨脹低熱導的塑料作為PTA的原材料，提高了微驅動機構的輸出性能，穩(wěn)定

5、了其位移輸出。PTA的加工采用了準分子激光加工技術，利用準分子激光加工技術在冷加工上的優(yōu)勢，可以在保證加工精度和邊緣光滑度的基礎上，提高加工的效率和速度。 研究建立了光熱微驅動控制系統。整個系統主要包括光路控制系統，電路控制系統和機械控制系統。光路控制系統和電路控制系統根據電光調制原理設計，共同實現對激光即時功率，脈沖頻率和脈沖占空比的控制。光路控制系統同時實現對驅動激光的聚焦。機械控制系統負責控制激光的入射角度和入射位置。為了

6、觀察測量PTA的位移輸出，設計了由體視顯微鏡和CCD組成的觀測裝置，它可以在觀察微機構工作的同時作出計量和記錄。對原子力顯微鏡進行改裝，實現了可以獲得PTA振蕩曲線的測量裝置。開展了光熱膨脹和光熱微驅動技術的實驗研究，首次實現了光熱微驅動，并對其性能進行了分析和優(yōu)化。利用準分子激光加工技術實現了前面設計的各種PTA，利用自行研制的觀測裝置對它們進行了實驗研究。實驗測得，基本型微膨脹臂在毫瓦級的激光照射下可以輸出微米級的微位移，而優(yōu)化型微

7、膨脹臂相對基本型微膨脹臂在減小了長度，寬度和體積的基礎上保證同樣的輸出性能。雙臂對稱型PTA在同樣功率的激光照射下提高了自身的位移輸出，且能夠實現兩個相反方向的微驅動。雙臂非對稱型PTA在只輸出單方向位移的前提下對雙臂對稱型PTA進行了優(yōu)化，減小了機構的體積和慣性，提高了其靈活性。通過實驗對雙臂非對稱型PTA的幾種變體進行了比較研究，分析了結構變化對雙臂非對稱型PTA性能的影響。利用AFM改造裝置獲得了PTA在脈沖激光下的振動曲線，證明