中国科学院上海微系统与信息技术研究所传感器技术全国重点实验室在集成角度传感器的高性能MEMS快反镜研制方面取得重要进展。制备的MEMS快反镜镜面尺寸大，封装体积小，并具备良好的线性度、角分辨率、响应速度、重复定位精度和镜面动态形变，同时集成了高灵敏度角度传感器，能够实现更精确的激光光束闭环控制，在激光卫星通信方面具有巨大的应用潜力。近日，相关成果以“A high-performance 10 mm diameter MEMS fast steering mirror with integrated piezoresistive angle sensors for laser inter-satellite links”为题发表于微系统技术领域一区学术期刊《Microsystems & Nanoengineering》，论文的第一作者为博士研究生薛文立，通信作者为武震宇研究员和王栎皓助理研究员。
快反镜在卫星激光通信中承担着光束的指向、捕获和跟踪等重要作用。为了满足激光星间链路对高精度光束控制的需求，快反镜需要具备高指向精度、高工作带宽和高光学质量等一系列极限性能指标。针对传统机械快反镜体积大、功耗高、存在迟滞，以及原有MEMS快反镜镜面小（3-6 mm）、带宽低（<1 kHz）、无集成角度传感器等问题，研究团队在近五年间设计并开发了一系列适用于航空航天苛刻需求的高精度、高可靠MEMS快速反射镜。
研究团队为解决现有产品镜面尺寸小、动态带宽不足等问题，开发了一种10 mm大口径压电驱动MEMS快反镜（图1）。该设计采用双层异构集成技术以实现更高的填充因子和谐振频率。采用晶圆级键合工艺实现快反镜的高均一制备，器件具备高线性度（99.95%）、超高角度分辨率（0.3 μrad）、快速阶跃响应（0.41 ms）以及高重复定位精度（图2）。
图1 封装后的MEMS快反镜
图2 MEMS快反镜测试结果：a双轴转角线性度；b角分辨率；
c二维扫描重复定位精度；d双轴阶跃响应
