光致表面弹性波的机理及激光驱动马达的新方法研究

本项目研究脉冲激光照射下产生的光声子效应及光致表面弹性波机理，揭示光致弹性波的传播特性及其内在规律，建立数理模型；提出和发展激光驱动马达/电机的新原理和新方法；研究设计主体尺寸在1～10cm量级的微小型激光驱动马达样机，包括直线型和旋转型马达；在脉冲激光操控下，实现马达的不同速度（1cm～1m/s）或转速、不同推力（0.5～5N）的直线和旋转运动。特色与创新之处是，首次系统地揭示光致弹性波的机理，发展出激光驱动马达的新方法，实现了一种激光直接驱动的新技术，具有原理新颖、结构简洁、速度快、步距小、效率高、无需导线连接、主体易于微小化等特点。本项目在电机新原理与新结构研究、电机及其系统研究、激光直接驱动技术研究等方面有创新，也是对激光应用技术的新拓展，具有重要的理论意义和科学价值，为微型光机电系统、微纳米技术、航天航空等领域发展微小型特种驱动马达/电机提供了新方法和新途径，具有广阔的应用前景。

本项目属微小型特种电机/马达与特种驱动机构的研究领域。国内外现有的微小型马达如电磁感应电机、静电微马达、超声波电机、压电马达、表面波马达等，实质上都是用电（通过导线）驱动的“电”马达。近年来，国内外学者致力于用光直接驱动的“光马达”或光驱动机构的研究，主要有光电驱动、光热驱动、光压驱动（如光镊、光帆）等。光电驱动不属于光的直接驱动；光帆推动尚在设想中；光热驱动利用光热材料的膨胀、变形或相变实现驱动；光镊则利用聚焦激光的光压操纵微观粒子，不过，目前光镊所能操纵的对象仅限于尺寸很小和重量很轻的微观粒子，它对微纳米技术领域而言是一个巨大的成功，但还无法实现宏观尺度上的驱动。因此，不断研究探索新的微小型光驱动马达及光驱动方法，历来是十分必要和迫切的研究方向。.为此，本项目开展光致表面弹性波（简称光致表面波或光致弹性波）的机理及激光驱动马达的新方法研究，主要研究内容：在理论上研究揭示脉冲激光照射下产生的光声子效应/光致弹性波机理及光热效应；提出和研究激光驱动马达/驱动机构的新方法；研究设计激光驱动马达与激光驱动机构的原理样机；开展光致弹性波、激光驱动马达与激光驱动机构的实验技术研究，以及激光驱动马达与激光驱动机构的应用基础研究等。.本项目取得的重要结果包括：1）首次系统地研究揭示了脉冲激光照射下的光声子（光致弹性波）—光热作用机制，建立了动态与静态数理模型；2）提出并实现了基于光致弹性波的激光驱动马达的新方法，以及基于微尺度光热作用机制的微驱动方法；3）研究建立了光致弹性波的CCD显微监控与AFM检测系统，此外，实现了光致弹性波的可视化检测方法；4）设计与微加工制作了几种典型的激光驱动马达与激光驱动机构原理样机；5）系统地开展了光致弹性波、激光驱动马达、激光驱动机构的实验技术研究，取得满意的实验结果，开展了激光驱动马达与激光驱动机构的应用基础研究，为实际应用提供了技术基础；6）发表期刊论文7篇（SCI收录）、会议论文3篇（EI收录），申请和授权发明专利4项，授权实用新型专利6项，培养博士生2名、硕士生2名。.本项目在光致弹性波、激光驱动马达与激光驱动机构研究等方面有显著创新，具有重要的理论意义和科学价值；而开展激光直接驱动马达与驱动机构的研究，为微型光机电系统、微纳米技术、航天航空等领域发展微小型特种驱动马达/电机/驱动机构提供了新方法和新途径，具有广阔的应用前景。