中文摘要：

本项目利用激光冲击波的力学效应，以实现输出功率大、负载能力强和响应速度快的微驱动技术与系统为研究目标，对基于激光冲击波力学效应的微驱动技术与系统中的关键科学问题进行研究。研究微尺度下，激光冲击波的时空变化规律，探寻激光波长、离焦量、脉冲宽度、脉冲频率和照射材料等因素对微结构靶的冲量耦合情况的影响；运用多相流理论，研究激光等离子体、约束介质和微结构靶之间能量转换规律，分析激光等离子体、约束介质和运动微结构的动力学特性及运动规律，进而分析激光参数、约束方式、受动微结构及驱动规律之间的对应关系；研究基于激光冲击波力学效应的微驱动器件的工作原理与设计方法，采用MEMS工艺对微驱动器件的制作方法进行研究；研究基于机器视觉进行激光冲击波驱动的微驱动器运动规律测量的方法；通过激光冲击波驱动的微驱动器性能实验结果，实现对微尺度激光冲击波微驱动理论及微驱动系统设计方法的评价与修正。

结论摘要：

本项目利用激光冲击波的力学效应，以实现输出功率大、负载能力强和响应速度快的微驱动技术与系统为研究目标，对基于激光冲击波力学效应的微驱动技术与系统中的关键科学问题进行了研究。在对前人有关激光冲击波及其诱导冲击力理论与实验进行总结的基础上，采用三角脉冲近似表示激光冲击波诱导冲击力的时间历程，并以此为激励，通过数值仿真研究了在不同功率密度、脉宽等参数激光的作用下，悬臂梁运动的基本规律和基本模态。接着，在空气环境下，采用不同参数的激光冲击波诱导的冲击力对不同结构、不同牺牲层的试件进行激励，用激光多普勒测速仪（Laser Doppler Velocimetry, LDV）对试件的受激振动情况进行测量。通过实验，得到了不同牺牲层材料、不同激光脉冲能量对结构运动规律的影响关系。实验表明，对于同一种牺牲层材料，在激光冲击波诱导的冲击力作用下，随着激光脉冲能量的增加，受激结构的振动速度幅值非线性增加；在同一参数激光作用下，受激结构的振动速度幅值与牺牲层的材料有关。通过实验测量，获取了不同结构的主要振动模态，与模态分析的结果基本一致。为探寻流体介质中，对结构在激光冲击波诱导的冲击力激励下，结构受迫振动的时间历程及其运动规律，项目组进行了数值仿真与实验研究，仿真与实验结果基本一致。在水中的结构受激光冲击力激励下的振动速度峰值较空气中大大提高，且迅速衰减；在流固耦合的情况下，结构的各阶固有频率大大降低。以无阀微泵为研究对象，对激光冲击波驱动微系统的工作原理进行了研究；通过数值仿真，研究了泵膜、流道结构参数对微泵模态、流量等参数的影响，研究了不同参数的激光冲击波作用下，微泵的流量特性。对硅硅微泵、硅玻璃和PDMS与硅、玻璃键合微泵的工艺流程进行了研究，并制作出三种不同材料、不同工艺的无阀微泵。通过对无阀微泵进行了激光冲击波激励的驱动实验，验证了激光冲击波驱动微泵的可行性，并对实验中出现的问题进行了分析与改进。本项目关于在空气和液体介质中驱动微结构的研究，不仅可以为研究结构受激运动的特性提供参考，其实验结果也对流固耦合下结构动态特性的研究具有一定的参考价值。本项目对激光冲击波驱动微泵的研究，为驱动其他微结构积累了一定的研究经验。