用于MEMS微镜激光跟瞄的扩角镜头研究

作     者：张鹏程 汪洋 李安娜 黄昊 张程 张家昌 张永贵 王栎皓 刘艺晨 武震宇 ZHANG Pengcheng;WANG Yang;LI Anna;HUANG Hao;ZHANG Cheng;ZHANG Jiachang;ZHANG Yonggui;WANG Lihao;LIU Yichen;WU Zhenyu

作者机构：中国科学院上海微系统与信息技术研究所传感技术国家重点实验室上海200050 中国科学院大学北京100049 上海麦锴科技有限公司上海201899 上海微技术工业研究院上海201800 

出 版 物：《红外与激光工程》 (Infrared and Laser Engineering)

年 卷 期：2025年第54卷第1期

页      面：120-130页

核心收录：

学科分类：070207[理学-光学] 07[理学] 08[工学] 0803[工学-光学工程] 0702[理学-物理学] 

基　　金：国家重点研发计划项目(2021YFB3202500) 上海市“科技创新行动计划”启明星项目(23YF1445100) 

主　　题：压电微镜 微机电系统技术 激光跟踪瞄准 扩角镜头 伽利略光路 

摘      要：MEMS微镜是小型化激光跟瞄系统的关键组件。系统通过控制MEMS微镜使激光偏转,并由光电探测器收集信号,可以实现对目标的稳定跟踪和瞄准。然而MEMS准静态微镜的扫描视场角较小,这限制了对目标的大视场跟踪能力。为了解决MEMS微镜扫描视场较小的问题,基于伽利略扩角光路,针对小型化、后扫描光路、易加工等需求,设计了一款小型化跟瞄扩角镜头。首先,采用光束发散角和高斯拟合误差等指标,结合光束质量分析仪,对比了激光在扩角前后的光束质量,分析了扩角镜头对光束质量的影响;其次,基于搭建的扩角镜头表征装置,对比理论计算与仿真模型,分析了扩角结果;最后,结合MEMS准静态微镜和扩角镜头,对比了扩角前后的激光扫描图案。实验结果表明:设计的扩角镜头具有约2.88倍的扩角放大率,扩角线性度小于0.7%,且扩角前后激光光束质量无明显变化,扩角后发散全角控制在2 mrad以内。该项研究成果有助于推动小型化MEMS微镜激光跟踪瞄准系统的性能提升。