题目：空间谐振式MOEMS陀螺的谐振腔研究

随着微机械加工工艺的发展，微机电(Micro-Electro-Mechanical Systems，简称MEMS)惯性器件得到了飞速发展，MEMS陀螺体积小、重量轻、成本低，目前在机器人、卫星姿态控制等低精度领域已经获得应用。但由于MEMS陀螺结构上存在活动部件，使其动态性能和寿命受到严重影响，抗冲击、振动、温度变化等环境干扰性能较差。与MEMS陀螺相比，MOEMS（微光机电系统，Micro-Opto-Electro-Mechanical System）陀螺有效的结合了光学陀螺的全固态和微机电陀螺的微纳米结构，具有明显的优势：灵敏度高，动态响应范围大，抗电磁干扰能力强，可在一些恶劣环境下使用等。 本文提出了一种新型空间谐振式MOEMS陀螺，它采用MOEMS微细加工工艺制造微谐振腔，由于谐振腔内无增益介质，在光路上有效地克服了克尔效应和偏振等噪声影响，也避免了与增益介质有关的效应引起的零漂和“自锁”，使陀螺易于达到较高的测量精度。本文首先分析了空间谐振式MOEMS陀螺的原理，对其关键器件——谐振腔作了深入研究。确定了由四面垂直于基底的微镜构成谐振腔，谐振腔腔长为160mm，输入输出镜镀膜表面反射率为90%，其余微镜的反射率为99.8%。在此基础上，建立谐振腔的数学模型，重点分析了谐振腔参数（输入输出境镀膜表面反射率、谐振腔边长、光源谱宽）和腔内损耗对谐振性能和陀螺精度的影响，并利用MATLAB软件完成了相应的仿真计算及分析。为了提高谐振腔清晰度及系统精度，对谐振腔进行优化改进设计，采用由一面凹面镜和三面平面反射镜组成谐振腔，谐振腔参数保持不变，凹面镜的曲率半径为113mm。重点分析了谐振腔失调对陀螺性能的影响，理论计算结果表明：所设计的谐振腔清晰度可以达到108.04，陀螺极限灵敏度为0.81°/h。搭建实验平台模拟MOEMS谐振腔，实验验证了谐振腔的谐振效应。最后，通过比较各种工艺的优缺点，确定谐振腔和准直器的微加工工艺流程，由CoventorWare软件完成了仿真谐振腔加工工艺实现的理论模型。 空间谐振式MOEMS陀螺克服了调整困难、抗环境干扰能力差及体积不易缩小等缺点，成为真正的小型化的全固态陀螺。