离焦写入线宽的动态高斯模型

为提高集成光学器件中的多线宽制作效率,提出了基于激光直接写入技术的离焦加工模式,即加工时激光束的聚焦点不落在胶层表面而是在其前方或后方;同时还建立了基于多个加工参量的线宽数学模型。此线宽模型首先假定激光束经物镜变换后,在像方任意离焦面上的能量仍保持高斯分布,其次还考虑了光束动态扫描引起的光斑线度对曝光能量分布的影响,故称其为动态高斯模型。此线宽模型涉及光功率、基片离焦量、光束扫描速度、胶层曝光能量阈值等加工参量。对线宽模型的验证在自行研发的极坐标型激光图形发生器上进行,实验表明:相对于不考虑光斑运动的静态高斯模型,动态高斯模型更为符合实验结果。     

连续型平面衍射聚光透镜掩模的制作

针对目前二元光学元件掩模制作工艺过程的诸多不足，对连续型平面衍射聚光透镜掩模的激光直写制作工艺进行了研究。基于基尔霍夫标量衍射理论，采用光线追迹法设计了连续型平面衍射聚光透镜掩模。采用激光直写技术，利用CLWS 300M／C极坐标激光直写设备、S1830光刻胶和MICROPOSIT 351显影液，进行了刻写实验。实验表明，激光能量、预烘烤温度、显影液浓度以及预曝光对掩模微结构的制作均有影响。最后制作了掩模。与二元光学元件掩模的制作工艺相比，该技术具有工艺简单、制作周期短且易于操作的优点。     

直角坐标和极坐标系一体的激光直写设备

介绍了具有直角坐标和极坐标写入系统的激光直写设备,给出了该设备制作衍射光学元件的光刻特点.     

基于波像差判据的同步相移显微干涉检焦方法

为了实时准确地将激光直写系统中经直写物镜聚焦的光斑定位于待加工元件表面,提出了一种基于波像差判据的同步相移显微干涉检焦方法,实现了对离焦量的实时检测与调整。在直写系统中引入检焦光路,与直写光路共享同一物镜,构建Linnik型同步相移显微干涉检焦系统,提取包含离焦量的波面相位信息;再从大数值孔径（NA）的物镜波像差数据中解析出离焦量的大小与方向。仿真结果验证了基于波像差判据的离焦计算方法的正确性,NA≥0.5时,离焦探测灵敏度可达4 nm, 通过实验验证了同步相移显微干涉检焦方法的可行性,检焦精度可达10 nm以内,满足激光直写高精度的测量要求。     

极坐标激光直写法制作圆对称连续衍射元件掩模的能量表征方法研究

采用激光直写法制作连续衍射光学元件,具有过程简单、周期短、成本低等优点。介绍了极坐标激光直写法制作圆对称连续衍射元件的原理。通过实验,研究了衍射微结构深度与激光功率、曝光位置半径与激光功率的关系。实验结果显示,在相同曝光位置半径条件下,微结构深度与激光功率呈正比;在相同微结构深度条件下,曝光位置半径与激光功率呈正比。分析总结出了极坐标激光直写法制作圆对称连续衍射元件的能量表征方法,并采用该方法成功制作了圆对称连续衍射聚光透镜掩模。     

激光直接写入过程的计算机仿真研究

基于光刻胶正胶曝光显影过程的理论模型,用梯度折射率介质光线追迹的方法进行了由于局部溶解 同而造成的显影过程 胶面面形随时间变化过程的计算。对任意给定的曝光量分布及显影时间,可以精确地确定显影后的面形,为激光直写研究提供了一种有效的工具。同时,通过对显影速率作阈值近似后,导出了光刻胶曝光显影后面形与表面所需曝光量分布之间的关系,为激光直接写入提供了理论指导。     

基于纳米压印的大角度衍射光学元件批量化制备方法

针对大角度(大于50°)衍射光学元件低成本、批量化制备的需求,提出一种基于纳米压印技术的制备方法.首先利用光学曝光技术或电子束直写技术制备衍射元件的原始母板,然后将原始母板的结构通过纳米压印过程复制到压印胶上,完成衍射光学元件的制备.由于纳米压印母板可以多次重复使用,降低了制作成本,提高了效率.用该方法制备了不同特征尺寸(最小为250nm,衍射全角为70°)的衍射光学元件,具有良好的衍射效果,实现了对高深宽比浮雕结构的高保真复制.该技术可实现从微米到纳米跨尺度兼容的衍射光学元件的高保真、低成本、批量化制备.     

空间碎片天基光学探测系统离焦问题分析

从相对距离、大气压力、温度变化三个方面分析了天基光学探测系统离焦产生的原因及离焦变化情况,提出通过离焦调制传递函数模型分析离焦对系统性能影响的方案,仿真分析了不同离焦量下系统等效调制传递函数的变化及其对成像质量的影响.结果表明,随着离焦量的增加,图像质量逐渐下降,相对距离变化导致的离焦为正值,大气压力变化导致的离焦为负值,温度变化导致的离焦在中心温度左右有正有负,三者导致的离焦量可部分抵消.该研究为天基光学探测系统的设计、补偿措施的制定以及性能评估提供了数据支持.     

飞秒激光直写偏振转换器件和几何相位器件(特邀)

光学器件的微型化和集成化是当前研究的热点,其中利用微纳结构实现局域电磁改性的超构光学更是引人关注。本文从微纳结构的制备出发,总结了利用超衍射精密加工的飞秒激光直写技术,制备偏振转换器件和几何相位器件的工作。介绍了微纳结构改性的物理机制,飞秒激光直写光刻胶、飞秒激光烧蚀金属薄膜、飞秒激光诱导纳米光栅等手段在偏振转换器件和几何相位器件制备方面的进展,展望了飞秒激光微纳加工技术在超构光学器件制备方面的挑战。     

激光直写方法制作透明导电金属网栅

介绍了利用激光直写光刻技术在200mm×200mm基片上制作线宽为5μm,周期为350μm的红外透明导电金属网栅的工艺过程,对激光直写光刻技术和机械刻划掩模接触光刻制作金属网栅结构的两种方法进行了比较,给出了激光直写制作金属网栅的优点.     

Depth of focus estimation based on exposure dose distribution

A defocusing exposure dose distribution model is established with the integral effect of light intensity on time taken into account for laser direct writing on a thin photoresist with total reflection substrate. Exposure dose distribution curves are established using the established model for different photoresist depths. A side slope angle is established for each defocusing amount in accordance with the exposure dose distribution curves, and so depth of focus can be estimated by simply checking to see if the maximum side slope angle with the horizontal is in the range of 80-100°. Simulation results indicate that when laser direct writing is done on a thin photoresist with total reflection substrate using a laser with wavelength equal to 442 nm and a lens with numerical aperture equal to 0.5, the depth of focus estimated using the proposed method is 1 μm, which is just 1/3 of the depth of focus estimated using the method based on intensity distribution. It is therefore concluded that it is the integral effect of light intensity on time that causes the depth of focus estimation error, and the proposed method can be used to achieve a more accurate depth of focus estimation compared to the intensity distribution based method.     

激光光刻中的超分辨现象研究

激光光刻是加工微光学及二元光学掩模的主要手段。光刻的最细线宽对所加工的二元微器件性能起决定作用。本文导出了会聚的高斯光束用于激光光刻时在光刻胶内的光场近似上此可判断出能光刻线条的分辨力。若入射高斯光束受到振中相位调制时,胶层内的光强分布将发生变化,从而影响曝光线条的线宽和质量。计算看出：当入射光中心环受到遮拦时,可以得到超光刻物镜极限分辨的线条宽度（０．６μｍ）,但此时对曝光能量控制要求很高。在激     

Design and fabrication of Fourier plane diffractive optical elements for high-power fibre-coupling applications

In industrial processes using fibre beam delivery of high peak power laser light, diffractive optical elements are a very useful and flexible tool in maximising the amount of light reaching the work surface. This is due to the ability of diffractive optical elements to accurately couple light into multiple fibres, while conditioning the light in order to maximise the throughput for each fibre. We discuss the design techniques for diffractive optical elements and the application of these techniques to fibre-coupling problems. The flexibility of diffractive optical elements is demonstrated by their application to several fibre-coupling geometries, including a fibre bundle, a linear array of fibres, and a rotationally symmetric fibre connector. The diffraction efficiencies for the elements approach 90% with uniformity errors of less than 5%.     

激光直写光刻中线条轮廓的分析

考虑了光刻胶对光吸收作用,在已有描述胶层内光场分布模型的基础上,较为准确地推导出光刻胶层内不同深度位置的光场分布.使用迭代方法计算得到了胶层内曝光量空间分布曲线,分析了不同曝光量下胶层内的线条轮廓,为直写光刻中曝光量的选择提供了依据.实验结果分析与理论分析的结果一致.     

Volume structuring of high power LED encapsulates by femtosecond laser direct writing

We report on the micro-fabrication of diffractive optical elements (DOEs) such as 1D, 2D and concentric grating structures inside the volume of thin silicone films by femtosecond laser direct writing. In addition, we show that such structures can also be integrated into silicone films that act as encapsulation layers of high power light-emitting diodes. The latter strategy opens new possibilities to homogenize and to control the light emitted from such devices.     

激光直写制作的小F数连续浮雕衍射透镜轴向聚焦特性分析

为确定卷积效应以及深度制作误差对小F数连续浮雕衍射透镜(DOE)轴向聚焦特性影响,基于瑞利-索末菲衍射理论建立了激光直写制作的连续浮雕衍射透镜非旁轴近似轴向光强分布模型.该模型考虑了连续浮雕衍射透镜的轴向衍射聚焦特性与透镜结构参数、写入光斑尺寸和扫描间距以及深度制作误差的关系,克服了傍轴近似条件下传统模型的不精确性.为验证模型的正确性,用激光直写制作了设计波长为441.6 nm,F数为4以及相位匹配因子为3的连续浮雕衍射透镜,并测试了波长441.6 nm激光入射时透镜的轴向聚焦特性.实验与分析表明,该模型分析结果与实验测试结果符合,从而证实模型的有效性,为激光直写制作的小F数连续浮雕衍射透镜的应用提供了理论依据.     

Multilevel diffractive microlens fabrication by one-step laser-assisted chemical etching upon high-energy-beam sensitive glass

A new technique of laser-assisted single-step chemical etching for diffractive microlens fabrication upon high-energy-beam sensitive glass is reported. Laser direct writing with calibrated writing parameters results in gray-level mask patterns upon the ion-exchanged layer of the glass. The transmittance-dependent chemical etching upon the glass is then effectively utilized to yield suitable surface relief structures for multiple-phase-level diffractive optical elements. The one-step nonphotolithographic fabrication technique has been successfully applied for the realization of an eight-phase-level diffractive microlens.