mems-dms特性测试技术及关键算法的研究

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1、分类号学号2003521820017学校代码10487密级博士学位论文MEMS-DMs特性测试技术及关键算法研究学位申请人：陈家凤学科专业：物理电子学指导教师：陈海清教授答辩日期：2008.3.18ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofPhilosophyinEngineeringResearchontechniquefortestingcharacteristicsofMEMS-DMsandkeyalgorithmPh.D.Candidate:ChenJiafengMa

2、jor:PhysicalElectronicsSupervisor:Prof.ChenHaiqingCo-Supervisor:HuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan,Hubei430074,P.R.ChinaMarch,2008独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文

3、版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打―√‖）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日摘要微机电系统变形反射镜（MEMS-DMs）是MEMS技术应用于自适应光学系统中的重要部件，通过在可控驱动器上施加控制电压，可产生所需的镜面变形，从而改变反射光束的波前相位以达到

4、校正畸变波前的目的。因此，MEMS-DMs的性能指标尤其是动态指标直接关系到整个自适应光学系统的性能。而采用合适的MEMS-DMs测试方法，有效地描述其动静态特性，从而确定其性能、可靠性和完善性又成为指导微变形镜设计、制造的关键。因此，本文主要针对MEMS-DMs的特性测试技术以及测试过程中所采用的关键算法进行了深入的研究。由于MEMS-DMs具有体积小、振幅低、响应频率高等特点，决定了MEMS-DMs动态特性测试的困难性和复杂性。因此，建立MEMS-DMs特性测试仪合理的物理模型是需要首先解决的问题。本文广泛地分析比较了各种MEMS测试仪的特点，并进行了相应测试技术的研究。在详细分析了相移显

5、微干涉测试技术及频闪成像技术的基础上，建立了采用频闪显微干涉法测试MEMS-DMs特性参数的物理模型。相位解缠算法是利用SMIS准确测量MEMS-DMs表面形貌及动静态特性参数的关键，因此本项目还进行了各种相位解缠算法的比较研究，分析了几种相位解缠算法的基本原理及具体实现方法，尤其对最小二乘（无加权及加权）相位解缠算法进行了深入的研究，并提出了基于多重网格法以及基于多分辨率小波变换法的最小二乘相位解缠算法。同时还进行了相位解缠算法比较仿真实验，利用所编写的测试软件，对几种相位解缠算法在无噪声以及噪声情况下的解缠结果及解缠收敛速度进行了分析与比较。建立了适合于MEMS-DMs特性测试的相位解缠算

6、法，并利用基于频闪显微相移干涉法构建的MEMS-DMs测试平台，采用五步相移算法、加权小波变换相位解缠算法以及频闪成像技术较好地恢复了代表被测物体表面形貌的真实相位，最终实现了对MEMS-DMs的静态电压－位移曲线、静态形貌、动态离面变形以及谐振频率的测试。关键词：微机电系统变形反射镜频闪显微干涉测量系统相位解缠最小二乘法多重网格法小波变换法IABSTRACTMEMSdeformablemirrors(MEMS-DMs)isaveryimportantelementinadaptiveopticalsystem.MEMS-DMscanproduceneedfuldeflectiontocorr

7、ectaberrancewavefrontbyapplyingcontrolvoltagestoitsactuators.Thus,theperformanceofMEMS-DMs,especiallythedynamicalperformancehasthepivotalinfluencetothewholeadaptiveopticalsystem.AnditiscriticalforMEMS