激光超衍射加工机理与研究进展

随着纳米科技和微纳电子器件的发展,制造业对微纳加工技术的要求越来越高.激光加工技术是一种绿色先进制造技术,具有巨大的发展潜力,己广泛应用于不同的制造领域.为实现低成本、高效率、大面积尤其是高精度的激光微纳加工制造,研究和发展激光超衍射加工技术具有十分重要的科学意义和应用价值.本文首先阐述了基于非线性效应的远场激光直写超衍射加工技术的原理与国内外发展状况,包括激光烧蚀加工技术、激光诱导改性加工技术和多光子光聚合加工技术等;然后介绍了几种基于倏逝波的近场激光超衍射加工技术,包括扫描近场光刻技术、表面等离子激元光刻技术等新型超衍射激光近场光刻技术的机理与研究进展;最后对激光超衍射加工中存在的问题及未来发展方向进行了讨论.     

飞秒激光制作微型光纤干涉传感器的研究进展

飞秒激光脉冲持续时间短、峰值功率高,在对物质进行处理过程中热作用区域小、加工精度高,已成为一种制作高性能、新结构光子器件的重要方法。简单介绍了飞秒脉冲激光微加工的方法和特性,归纳了飞秒激光直写技术在光纤干涉型传感器制作方面的研究进展,包括微型光纤Fabry-Perot干涉传感器和微型光纤Mach-Zehnder干涉传感器,重点介绍了这些光纤传感器的结构、特性和潜在应用。对用该技术制作的微型光纤干涉传感器进行了总结和展望。     

基于激光直写的微流光学触摸传感阵列

设计并制作了一种基于激光直写技术的光学触摸传感器件。该器件采用光学微流结构实现对外加压力的连续比例测量。器件制作采用紫外激光直写技术配合高精度平移台实现,整体工艺过程在3min内完成。对所设计的传感器件的性能测试表明,光强信号随外力变化的曲线平滑,实测灵敏度为0.995mV/kPa。同时设计并制作了基于传感单元的阵列结构,不仅消除了光学累积误差,而且对集成化触摸传感的应用具有优势。     

纳米结构的制备及单电子器件研究

建立了单电子器件的制备工艺和单电子器件的分析、测量系统,研究了有潜在应用价值的纳米结构加工技术,制备了适合光电集成的多种纳米结构,发展了常规光刻法制备单电子器件的多种技术,其中,在生命科学和信息领域有着广泛应用的“纳米电极对”引起了国内外专家的重视,发展以“纳米电极对”为基础的单电子器件及其应用是我们目前的主要研究方向,目前我们正在探索这种单电子器件在生命芯片、微电子系统集成方面的应用。     

激光直写非对称多模高聚物光功率分配器

设计并制作了一种基于激光直写工艺的多模高聚物1×8光功率分配器。该器件采用了独特的次级非对称结构实现了光功率在各个输出端口的均匀分配。借助紫外激光直写的方式,配合高精度平移台实现了器件的加工,并将整个分配器的制作过程控制在5 min以内,从而在加工周期上颇具优势。对所得的分配器进行了性能测试,实验结果表明,端口输出光功率最大均匀度差异小于4%,证明了器件具有较为理想的分光性能。提出的激光直写法结构加工无需掩模或离子蚀刻等复杂加工手段,有助于大幅度提高制造效率并能够有效地控制器件性能。     

激光微加工技术在集成电路制造中的应用

激光微加工技术以非接触加工方式,高效率、无污染、高精度、热影响区小的优点在微电子集成电路制造中得到了广泛应用.介绍了在集成电路制造封装中采用的激光微调、激光打孔、激光清洗、激光柔性布线和激光微焊技术.     

光学工艺 微细加工技术与设备

TN3052006010750激光微细熔覆柔性直写厚膜导带组织性能的研究=Re-search on structure property of thick-fil mconductive linesfabricated by laser micro-fine cladding and flexibly directwriting[刊,中]/李慧玲(华中科技大学激光技术国家重点实验室.湖北,武汉(430074)),曾晓雁…∥中国激光.—2005,32(7).—1001-1005采用激光微细熔覆柔性直写技术,在玻璃基板上直接制备高质量高性能的微细导带。通过控制各工艺参数的变化所引起组织形貌的变化判定形成导带的性能的好坏和质量的优劣,优化了工艺参数,并采用该参数进行实际图形的制备…     

基于整形飞秒激光脉冲的三维微纳制备

飞秒激光脉冲加工具有热效应小、加工精度突破衍射极限、三维内部加工能力等特性,在微纳制备领域独具优势。综述了利用飞秒激光脉冲整形技术结合飞秒激光三维直写进行透明介质中微纳制备的最新进展,这些技术有望在新型集成光学和微纳光学中发挥重要的作用。     

2 kW半导体激光加工光源

针对激光加工在金属材料焊接、熔覆、表面硬化等工业领域的应用,考虑到半导体激光器体积和重量小、效率高、免维护、成本低以及波长较短等特点,设计了功率达2 kW的半导体激光加工光源。在大通道工业水冷条件下,采用48只出射波长分别为808,880,938,976 nm的传导冷却半导体激光阵列作为发光单元,最终研制出了2 218 W高亮度光纤耦合模块。此高亮度模块可以实现柔性加工,直接应用于金属材料焊接、熔覆、表面合金化等工业领域,对于半导体激光器在工业领域的应用具有重要意义。     

基于光压原理的微堆积制造技术

使用光力和光压来引导微粒进行输运并在确定空间位置进行排列和堆积，可以构造二维或者三维的微结构，成为一种新的制造技术，其中也包括了激光引导直写技术。这是将直写技术和快速原型制造技术相结合而取得的最新进展．文章介绍了利用光压来引导材料进行微制造的基本原理和研究进展，阐述了其中的关键技术和应用前景。     

基于光场调制的纳秒激光图案化石墨烯研究

激光加工技术在石墨烯制备领域得到了许多应用。目前激光图案化石墨烯的方法多为激光逐点扫描, 而单次辐照实现图案化加工的方法鲜有报道。通过间光调制器改变激光的光场, 使光束聚焦成图案, 单次辐照直接在石墨烯样品上烧蚀实现图案化。控制激光能量为合适的值时可将石墨烯清晰地图案化而不损伤硅基底。通过拉曼光谱扫描成像发现石墨烯加工边缘清晰, 精度达到μm量级, 具有加工速度快、无需移动样品等特点。     

Laser and ion beams graphene oxide reduction for microelectronic devices

Reduced graphene oxide (rGO) is a two-dimensional material, which is attracting increasing attention due to its special properties. It can be obtained by laser or ion beam irradiations of pristine graphene oxide (GO). It shows high mechanical resistance, considerable electric and thermal conductivity. All these rGO characteristics together with the high number of molecular species that can be embedded between its layers, make graphene oxide a potential material for electronic sensors or efficient support on which conductive strips, condensers, and micrometric electronic devices can be designed. In particular, as it is described in this paper, it is possible to carry out high spatial resolution lithography in GO by using a focused laser or micro ion beam in order to design macro, micro, and submicron geometrical structures. The use of the reduced graphene oxide for the laser and ion beam fabrication of electrical resistances and capacitances is presented.     

一体化光纤滤除器和端帽实现20 kW激光输出北大核心CSCD

在高功率光纤激光系统中,包层光滤除器能将光纤中包层光滤除以保证输出激光光束质量,光纤端帽通过对输出激光扩束降低输出光纤端面的光功率密度,从而保护光纤端面不受损坏,两者都是高功率光纤激光系统稳定运行的重要核心器件。将包层光滤除器和光纤端帽进行一体化设计,制备了一体化高功率光纤包层光滤除器和光纤端帽并分别应用于20 kW合束系统和单纤系统中,输出功率达到20 kW时,端帽的最高温度约为40℃,温升速率约为0.8℃/kW。     

Long-wavelength (lambda approximately 8-11.5 microm) semiconductor lasers with waveguides based on surface plasmons

Laser waveguides based on surface plasmons at a metal-semiconductor interface have been demonstrated by use of quantum cascade (QC) lasers emitting in the 8-11.5-microm wavelength range. The guided modes are transverse magnetic polarized surface waves that propagate at the metal (Pd or Ti-Au)-semiconductor interface between the laser top contact and the active region without the necessity for waveguide cladding layers. The resultant structure has the advantages of a strong decrease in the total layer thickness and a higher confinement factor of the laser-active region compared with those of a conventional layered semiconductor waveguide, and strong coupling to the active material, which could be used in devices such as distributed-feedback lasers. These advantages have to be traded against the disadvantage of increased absorption losses. A peak output power exceeding 25 mW at 90 K and a maximum operating temperature of 150 K were measured for a QC laser with an emission wavelength lambda approximately 8 microm . At lambda approximately 11.5 microm the peak power levels are several milliwatts and the maximum operating temperature is 110 K.     

Enhanced Q switching in double-clad fiber lasers

A novel cladding pumped Nd(3+) fiber laser operating in an enhanced Q-switched regime with a stable repetition rate is described. By exploiting fiber nonlinearities in the laser cavity, we demonstrated a peak power of 3.7 kW enhanced by an order of magnitude greater than that of conventional Q-switched fiber devices. Pulse durations as short as 2 ns have been achieved.     

采用显微拉曼光谱技术检测激光微加工质量

本文简要介绍了准分子激光微加工的原理;分析比较了几种微检测技术的特点和用途;提出了采用显微拉曼光谱检测准分子激光微加工质量的新技术,并在有机玻璃和光刻胶制成的齿轮上分别进行了探索。研究结果表明:显微拉曼散射技术确实可以成为一种新的检测微加工质量的有效手段。     

Al、Nd对Cr12MoV钢表面镍基熔覆层的组织及性能影响

为了解决Cr₁₂MoV钢溶蚀、表面碎裂等问题,利用Al-Ni、Nd-Ni粉末在Cr₁₂MoV钢上进行激光熔覆实验,研究了Al、Nd对镍基覆层的宏微观形貌、组织及表面性能的影响。结果表明:Al可以减少熔覆层裂纹的产生,同时降低覆层硬度,使熔覆层中产生具有减磨作用的硬质相Al₂O₃等,降低覆层磨损量,14%Al覆层磨损量比2%Al的覆层磨损量低44.5%,Al较优质量分数为14%;Nd的晶粒细化作用明显,显著提升覆层显微硬度,2.5%Nd覆层平均硬度比基体平均硬度高36.8%,Nd较优质量分数为2.5%。     

基于深度学习激光熔覆层树枝晶的形貌识别

在增材制造技术中，树枝晶的表征对于分析激光熔覆层的机械性能至关重要，但目前树枝晶的标记主要由人工完成，耗时长且容易引入人为误差，而深度学习可提高目标识别准确度。基于U-net网络提出了适于识别分割树枝晶的BNC-Unet网络，将串行注意力机制和Batch Normalization层有效地部署在上采样和下采样区域，调整图像特征的权重信息。选取交并比作为分割结果的评价指标，并对比了原Unet以及不同的改进方法在该指标下的结果。在测试集中，BNC-Unet网络分割树枝晶准确率指标为84.2%，比原U-net网络结果提升了8.97%。该指标表明网络能准确地从激光熔覆层金相图中识别出树枝晶形貌，且识别树枝晶的准确率显著提高，便于在激光熔覆试验后评估熔覆层性能。     

Temperature analysis of the powder streams in coaxial laser cladding

The powder stream temperature of a newly developed coaxial laser cladding technique have been calculated and measured in this study. A simplified one-dimensional model of the particle heating problem under laser irradiation was solved with various conditions of laser intensity, particle size and flow velocity. The experimental results have been successfully detected by a pin-hole infrared sensor with the temperature calibration for hot particles. The thermal profiles of the coaxial nozzle give an optimum operation range of the stand-off distance for coaxial laser cladding.     

非线性包层光纤中TE0模的传播特性分析

本文对具有Kerr非线性包层和线性匀芯的光纤在不同光功率下的传播特性进行了理论分析和数值计算.结果表明,在适当光功率下,当模折射率N等于芯折射率n_f时,芯场变得相当均匀,而包层场迅速衰减.对于自聚焦包层,当从N<n_f逐渐变到N>n_f时,芯场剖面越过N=n_f从凸变凹.在拐点,芯场成为均匀的.论文给出了模场分布和光功率与模折射率的关系.指出纤芯出现匀场预期会在光纤器件、光电子器件、光子器件中得到应用.