微机电系统技术的发展,给科学研究和工业应用带来新的研究领域,在信息通信领域的应用目前主要是微光开关等通信器件.该文针对一种新型的微机械式光开关进行结构的机械特性分析.光开关的悬臂微梁构件采用表面硅工艺制作,通过化学淀积镀膜方法生成含有残余应力的薄膜-基底复合结构.施加静电场可在微梁上产生分布的静电力,可使微梁空间形态发生变化.分析微梁在残余应力和静电力耦合作用下的机械特性将为光开关机械性能的设计提供参考.该文首先建立了薄膜-基底复合结构的分析模型.由于镀膜工艺的特点,薄膜层中将存在由热应力和内应力构成的残余应力.由于薄膜与基底层中应力状态的不同,残余应力将在复合结构中产生等效的弯矩并使复合结构变形.弯曲变形又将改变结构中的应力分布.该文首先通过解析分析建立了残余应力引起结构中应力分布的公式及等效弯矩.根据悬臂微梁的实际几何尺寸,建立了悬臂矩形板非线性变形的静力及振动平衡方程.由于复合结构的应力分布涉及到材料性质的不连续和残余应力的效果,在理论分析的基础上,该文主要运用有限元方法计算了悬臂微梁在残余应力影响下的变形及振动特性.考虑到光开关工作时以静电力作驱动力,通过将分布静电力转化为等效节点力施加在模型上,并运用迭代平衡法计算了在残余应力和静电力耦合作用下对悬臂微梁动态切换时间的运动特性.计算结果表明通过在制作工艺中引入残余应力,可以使微梁产生较大的变形量,能够用于大规模光开关阵列的制作.同时使用静电力控制悬臂微梁的运动,能够达到毫秒级的响应速度.计算结果可为MEMS光开关的设计提供依据.