掃描振鏡的運動過程可以采用質量-阻尼-彈簧的二階振動系統方程來表達，運動方程為
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式中，T為驅動力力矩，Im為振鏡的轉動慣量，C為阻尼系數，Ks為扭轉軸的彈性常量，θ為轉動角度.
扭轉軸的彈性常量計算公式為
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式中，a、b分別為轉動軸橫截面寬度與高度的一半，Lf是轉動軸的長度，G是材料的剪切模量.
由于振鏡的形狀為橢圓，長軸及短軸的轉動慣量Iml與Ims計算公式為
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式中，ρ為振鏡材料硅的密度，tm是鏡面的厚度，Lm和D為鏡面的長和寬.
振鏡的諧振頻率f的計算公式為
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在模型中，磁鐵和線圈產生的電磁力為
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式中，V是磁鐵的體積，Ms是磁鐵的磁化強度，H是由外部線圈產生的磁場強度.
由電磁力產生的振鏡扭轉力矩Tmag以及在此力矩下振鏡的靜態傾斜角θ0可以描述為
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式中，L′是電磁力與扭轉軸間的距離.
當振鏡的驅動信號的頻率為ω，通過振鏡的二階振動系統方程，得到振鏡的轉動角度θ為
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式中，ξ為介質的阻尼比，f為諧振頻率.
表 2是振鏡的具體尺寸參量.基于以下尺寸參量，對振鏡進行了有限元仿真、版圖設計、器件制作及測試.
 | 表 2 振鏡尺寸參量Tab.2 Parameters for MEMS mirror |
2 有限元仿真
利用Ansys有限元軟件對振鏡的幾何結構進行仿真.建立背部固定磁鐵的振鏡模型，對振鏡進行模態分析，靜態變形分析以及沖擊分析.其中，所用材料的物理性質如表 3.模態分析中，將振鏡的四周邊緣固定，得到快軸及慢軸扭轉狀態下的諧振頻率；靜態變形分析中，對振鏡施加豎直向下的重力，觀察其靜態變形及軸靜態應力；沖擊分析中，對振鏡施加大小為20 m/s2持續時間為1 ms的加速度，觀察其動態變形與軸動態應力；得到的結果見表 4.
| 表 3 材料物理性質Tab.3 Parameters for silicon |
| 表 4 仿真結果Tab.4 Simulation results |
由仿真結果可知，在振鏡背部貼上磁鐵后，其靜態變形僅為0.67 μm，遠小于鏡面厚度350 μm，鏡面能夠承受磁鐵的重量.同時，在200 m/s2沖擊加速度的作用下，振鏡軸部的應力遠未達到材料硅的屈服強度7 GPa，可以耐受較大的沖擊.在此驅動方式下，電磁力能夠驅動振鏡達到較大的機械轉角.根據仿真結果，總體設計參量符合要求，振鏡能夠在驅動力下發生較大角度的偏轉，同時具有優良的抗沖擊性能及合適的諧振頻率.
3 振鏡的制備及封裝
實驗中采用MEMS體硅加工工藝，具體工藝流程如圖 5：(a)準備一片厚度為350 μm的N型(100)雙面拋光硅片, 在硅片下表面用磁控濺射生長10 nm的Ti，300 nm的Cu，Cu作后續深硅刻蝕中的保護層.之后對硅片上表面進行涂膠光刻, 產生圖形；(b)進行深硅刻蝕，刻蝕過程把350 μm的硅全部刻蝕完，刻蝕停止在Ti/Cu金屬表面.將整體鏡面刻蝕成為懸空結構，并用濕法腐蝕去除之前濺射的銅保護層；(c)采用電子束蒸發的方法，在鏡子的正面蒸發上一層金膜，以增加對紅光的反射率；(d)裂片后，得到MEMS二維振鏡，整個工藝完成.圖 6為制備得到的大尺寸MEMS振鏡與1元硬幣的對比.
 | 圖 5 振鏡工藝流程Fig.5 Processing for MEMS mirror |
 | 圖 6 大尺寸振鏡Fig.6 Large-scale MEMS mirror |
振鏡制作完成后，需要對其進行封裝.如圖 7所示，先將環形銣鐵硼磁鐵粘貼至鏡面背部，為了防止磁性材料與驅動磁鐵相互吸引，封裝材料選擇為磁導率低的塑料和銅、鋁等材料.振鏡整體封裝采用三明治結構，在振鏡的上端覆蓋一片1.2 mm厚的敞口塑料薄片，確保光能夠以很大的入射角入射的同時起保護作用.振鏡下端放置一相同形狀但厚度為0.9 mm的塑料薄片，這樣做的目的是使得磁鐵與下端線圈有一定距離，振鏡可以在此范圍內扭轉，扭轉允許的最大范圍可以通過調整此塑料薄片的厚度來改變.線圈放置在最下端工件中心的四個孔內，相對的兩個線圈為一組，極性相反，驅動振鏡的單軸運動.線圈引線在底部通過PCB板引出之后，外加驅動電流.圖 8給出了完整封裝的大尺寸MEMS振鏡.
 | 圖 7 封裝示意圖Fig.7 Package model |
 | 圖 8 封裝完成的MEMS振鏡Fig.8 Complete package |