6H-SiC的飞秒激光超衍射加工

利用飞秒激光直写微纳加工平台, 对6H-SiC材料进行了突破衍射极限的微纳结构加工研究. 使用中心波长和脉宽分别为800 nm和130 fs的钛蓝宝石激光器和荧光倒置显微镜搭建了飞秒激光直写微纳加工平台, 研究了在不同的实验条件下对6H-SiC的光学加工情况, 采用扫描电子显微镜对加工结构进行表征. 通过分析不同的激光功率和不同的曝光时间等实验条件下加工的分辨率, 发现分辨率随着激光功率的减小而提高, 随扫描速度的增大而提高, 且能突破光学衍射极限. 最终获得125 nm的加工线宽, 并加工了加工线宽240 nm, 周期1.0 μm的线阵列. 研究结果为微机电系统(MEMS)的微器件设计开创了新的思路, 对发展MEMS器件具有重要意义. 关键词： 飞秒激光直写 超衍射加工 6H-SiC 微机电系统     

菲涅尔衍射光刻

通过合理选取等间距采样点的数目,利用快速傅里叶变换算法解释了有限通光光阑产生的“内密外疏”菲涅尔衍射条纹.基于菲涅尔衍射,在静态曝光、动态扫描条件下分别实现了约190 nm最小特征尺寸图形制备,以及约350 nm线宽线条直写.菲涅尔衍射光刻无需复杂的光学透镜组合,无需任何微纳衍射光学元件,且具有较大的聚焦容差.该方法有望成为一种新型的,低成本、高灵活度的亚波长图形制备手段.     

激光直写邻近效应的校正

邻近效应是限制光刻系统分辨力的一个重要因素,它也限制了激光直写在亚微米和亚半微米光刻中的应用。分析了激光直写邻近效应产生的原因,指出它和电子束直写及投影光刻的区别,提出了一种简便有效的邻近校正方法。实验表明,通过光学邻近校正（ＯＰＣ）,利用微米级激光直写系统,制作出了０．６μｍ的实用光刻线条     

激光直写邻近疗效应的校正

邻近效应是限制光刻系统分辨力的一个重要因素,它也限制了激光直写在亚微米和亚半微微米光刻中的应用,分析了激光直写邻近效应产生的原因,指出它和电子束直写及投影光刻的区别,提出了一种简便有效的邻近校正方法,实验表明,通过光学邻近校正（ＯＰＣ）,利用微米级激光直写系统,制作出０．６μｍ的实用光刻线条。     

用同步辐射光刻直接在有机玻璃板上制备高深宽比亚微米光栅

为了将平面金属膜紧密耦合到纳米光栅形成的表面等离子体共振传感器,以提高灵敏度,以及利用亚微米光栅调整共振反射波长,需要制备亚微米结构光栅。介绍了一种基于X光光刻的亚微米结构光栅的制造技术。该结构光栅是利用日本立命馆大学的同步辐射光源进行同步辐射光光刻,在有机玻璃(PMMA)板上直接得到亚微米光栅。用此纳米加工技术获得的光栅线宽为250 nm,周期为500 nm,深宽比为8的PMMA亚微米结构光栅。还优化了曝光近接间隔、曝光剂量和显影时间等同步辐射光刻参数。     

微纳尺度光纤布拉格光栅折射率传感的理论研究

亚波长直径微纳光纤强倏逝场传输的光学特性,使其对周围介质折射率的变化具有极高的灵敏度.本文提出一种基于微纳尺度光纤布拉格光栅(MNFBG)的折射率传感器,结合微纳光纤倏逝场传输和光纤布拉格光栅(FBG)强波长选择的特性来实现高精度折射率传感,对其制备可行性进行了讨论.论文中对MNFBG折射率传感机理进行了深入的理论分析,并使用OptiGrating软件进行了数值模拟,模拟数据显示MNFBG折射率测量的灵敏度随着光纤半径的减小而增加,其中光纤半径为400 nm的MNFBG灵敏度可达到993 nm/RIU,相比于包层蚀刻的FBG灵敏度增加了170倍,说明MNFBG对发展微型化、高灵敏度折射率传感器具有良好的应用前景. 关键词： 微纳光纤 光纤布拉格光栅 折射率传感     

基于数字微镜器件亚微米制备技术研究

为了实时、便捷的改变光刻图案以用于微纳光子器件制备,使用数字微镜器件构建了一套无掩模亚微米尺度制备系统.基于阿贝成像原理分析了周期结构在相干光照明下的成像过程,并用数值模拟以及空间滤波实验证明了这个过程.使用此实验系统制作出了周期为900 nm的二维结构以及周期为数十微米的带缺陷结构.实验表明,使用数字微镜器件可以方便的制作出亚微米尺度的图案.     

基于数字微镜器件亚微米制备技术研究

为了实时、便捷的改变光刻图案以用于微纳光子器件制备,使用数字微镜器件构建了一套无掩模亚微米尺度制备系统.基于阿贝成像原理分析了周期结构在相干光照明下的成像过程,并用数值模拟以及空间滤波实验证明了这个过程.使用此实验系统制作出了周期为900nm的二维结构以及周期为数十微米的带缺陷结构.实验表明,使用数字微镜器件可以方便的制作出亚微米尺度的图案.     

0.73～1.7μm超宽带微纳光纤波导全光调制器

提出了单层石墨烯包裹双锥形微纳光纤复合波导结构,构建了730~1 700nm超宽带微纳光纤波导全光调制器。通过火焰拉锥法将一根标准的通信单模光纤拉成具有双锥形的微纳光纤,在保证通光率的前提下可以极大的提升微纳光纤处的倏逝波与物质的相互作用。利用石墨烯的"超级特征",即单原子层厚度、线性色散的能带结构、超强的载流子带间跃迁及极短的弛豫时间和超宽带光与物质相互作用等,将单层石墨烯作为可饱和吸收体,包裹在双锥形微纳光纤波导的锥体上,以增强该复合波导表面倏逝波与石墨烯的相互作用。静态和动态全光调制实验中采用传统808nm低功率LD作为泵浦光,对谱宽为480~1 700nm的超连续谱探测光实现了光光调制,其泵浦光功率低于50mW,调制深度大于5.7dB,调制速率达到~4kHz。该微纳光纤波导全光调制器,在保证调制深度的情况下,用更低的泵浦功率实现了超宽带的全光调制,以简单、有效、廉价的方式兼容了当前高速光纤通信网络,打开了一扇未来对微纳超快光信号处理的大门。     

基于飞秒激光加工的微纳高温光纤振动传感器

报道了一种基于飞秒激光加工的微纳高温振动传感器。通过熔接形成单模光纤-空芯光纤-单模光纤的结构,利用单模光纤和空芯光纤在熔接面形成的菲涅尔反射,构成外腔式法布里-珀罗干涉仪(EFPI)。用飞秒激光烧蚀空芯光纤,形成悬臂梁结构。末端的单模光纤作为质量块,在受到振动时带动悬臂梁振动,使悬臂梁产生微弯,进而使EFPI腔长发生变化。实验结果表明,传感器的工作区域为20~300Hz,在100Hz时,0~3.01g范围内测得加速度分辨率为5×10-4 g,加速度响应灵敏度为129.6nm/g。传感器受温度影响小,腔长的温度交叉响应仅为0.225nm/℃,传感器可耐950℃高温冲击。     

基于一种新微细加工技术的亚波长光栅的研制

描述了一种新的亚波长光栅的微细加工技术，即电子束（EB）扫描曝光得到相应的亚微米级的线宽图形，再利用快速原子束刻蚀设备获得了高深宽比的立体结构。用此加工技术获得了100nm以下的刻蚀精度，并研制成功亚波长光栅。该亚微米线宽微细加工技术可用于布拉格光栅、半导体激光器、无反射表面等需要亚微米结构的器件中。     

用于微位移测量的笔束激光干涉仪

介绍了一种基于空间干涉原理的亚微米零差干涉位移测量方法。该方法是对笔束激光干涉仪在微位移测量领域的应用 ,干涉仪的测量精度不受光束波前畸变等光源噪声的影响。给出了干涉仪主要结构参数的选取原则 ;构建了用于微位移测量的笔束激光干涉仪实验系统。实验结果表明 ,该系统具有纳米测量分辨率。     

用于红外焦平面的正方形孔径球面微透镜阵列研究

针对目前红外焦平面光敏阵列中存在的占空比小、光能利用率低的实际问题,展开了正方形孔径球面微透镜阵列制作及其与红外焦平面阵列集成应用的研究.本文从红外焦平面光敏阵列特点入手,对比分析了正方形孔径相比于传统圆形孔径微透镜阵列在光能利用上的优势.提出正方形孔径微透镜阵列激光直写变剂量曝光制作技术,建立光刻胶曝光数学模型和正方形球面微透镜面型函数,以此为基础,编制直写设备变剂量曝光控制软件;利用长春理工大的学复合坐标激光直写系统和等离子刻蚀机进行相关工艺实验,制作了阵列256×256、单元尺寸40×40μm2、球面半径60μm、单元间距1μm的红外石英微透镜阵列;并将其与相应阵列的碲-镉-汞红外光敏阵列进行集成.结果表明:微透镜的占空比达到95%,红外焦平面光能利用率从原来的60%提高到90%以上.由此得出结论:变剂量曝光制作微透镜技术是可行的,正方形孔径球面微透镜阵列代替圆形孔径微透镜阵列,对于提高红外探测器的灵敏度、信噪比、分辨率等性能具备明显优势.     

X射线光刻与超大规模集成电路

当前,集成电路正在向超大规模集成电路发展,预期在1985年到1990年间超大规模集成电路设计中将采用线宽为1至0.5微米的电路几何图形加工工艺(即亚微米工艺).这将使电路成本大大下降,例如采用2微米线条,存储器每位成本为3200微美分,采用1.5微米线条,成本为1925微美分,采用0.5微米线条,成本则下降至84微美分.由于这样明显的经济效益,超大规模集成电路所需的各种技术正在迅速发展,其中光刻技术更是突飞猛进. 一、超大规模集成电路对光刻技术 的基本要求1.高分辨率线条 三十万个元件组成的超大规模集成电路,其要求的最小线宽为1至1.5微米;一百万…     

前沿动态

可深度加工的激光直写技术研究人员利用双光子聚合法制备了具有亚微米分辨率的有高度的复杂结构。双光子聚合法是通过聚焦激光束使光敏液体聚合,从而创建三维物体。但是,利用该技术制备的结构在高度上通常受显微镜镜头焦距的限制,该显微镜镜头用于使激光聚焦至样本。德国汉诺威激     

基于微纳光纤的气溶胶探测应用技术

为获得激光装置密闭空间内部气溶胶分布变化情况,提出了一种基于微纳光纤传感的密闭空间气溶胶检测方法。首先通过理论计算微纳光纤表面吸附气溶胶后传输能量的变化情况,得到能量损耗与气溶胶折射率、尺度之间的关系。利用火焰熔融扫描拉锥法拉制微纳光纤,并放置在激光装置中实验验证。实验结果表明:利用直径为1.5μm的微纳光纤可以有效检测密闭空间内直径为1μm和2μm尺度的颗粒污染物,并可以通过微纳光纤的附加损耗评估颗粒污染物的数量及尺寸,得到附加损耗与空间环境洁净度之间的关系,且理论与实验结果符合较好。     

用于红外焦平面的正方形孔径球面微透镜阵列研究

针对目前红外焦平面光敏阵列中存在的占空比小、光能利用率低的实际问题,展开了正方形孔径球面微透镜阵列制作及其与红外焦平面阵列集成应用的研究.本文从红外焦平面光敏阵列特点入手,对比分析了正方形孔径相比于传统圆形孔径微透镜阵列在光能利用上的优势.提出正方形孔径微透镜阵列激光直写变剂量曝光制作技术,建立光刻胶曝光数学模型和正方形球面微透镜面型函数,以此为基础,编制直写设备变剂量曝光控制软件;利用长春理工大的学复合坐标激光直写系统和等离子刻蚀机进行相关工艺实验,制作了阵列256×256、单元尺寸40×40 μm²、球面半径60 μm、单元间距1 μm的红外石英微透镜阵列;并将其与相应阵列的碲-镉-汞红外光敏阵列进行集成.结果表明:微透镜的占空比达到95%,红外焦平面光能利用率从原来的60%提高到90% 以上.由此得出结论:变剂量曝光制作微透镜技术是可行的,正方形孔径球面微透镜阵列代替圆形孔径微透镜阵列,对于提高红外探测器的灵敏度、信噪比、分辨率等性能具备明显优势.     

微纳光纤耦合器无标生物传感特性

提出了一种基于微纳光纤耦合器的高灵敏度、便携式生物传感器,并对该传感器用于无标生物检测的灵敏度和重复性进行了研究。通过熔融拉锥法拉制出腰椎直径为3μm的光纤耦合器,并进行折射率检测实验。实验测得折射率灵敏度为1402.3nm/RIU,对检测结果进行拟合,得到拟合曲线的相关系数为0.99459。微纳光纤耦合器的弱耦合模型的计算结果和实验结果相符。将此微纳光纤耦合器用于检测羊免疫球蛋白(IgG)抗原,得到了2pg/mL的检出限;10次解离再生实验验证了该传感器的重复性,表明了微纳光纤耦合器在无标生物传感中具有高检测灵敏度的潜力和较好的实用价值。     

飞秒激光刻写高阶倾斜光纤Bragg光栅

报道了一种利用飞秒激光微纳加工技术在非敏化单模光纤中制备的高阶倾斜光纤Bragg光栅(HOTFBG)。倾斜折射率调制是将聚焦的飞秒激光穿过高阶相位掩模板,并扫描曝光倾斜放置的光纤实现的,其覆盖了全部纤芯和部分包层。该单一HO-TFBG在1200~1700nm波长范围内可形成三组与高阶Bragg谐振相对应的"包层模式谐振系列"。因此,其携带的信息量远高于紫外倾斜光纤Bragg光栅(UV-TFBG),其功能性更佳,尤其适用于多传感参数的监控。研究了HO-TFBG的折射率、轴向应变和温度等传感特性。此外,该器件兼具飞秒激光诱导光栅结构的高温稳定性,其在苛刻环境中的化学和物理传感具有潜力。     

失配型双芯长周期光纤光栅弯曲矢量传感

利用高频CO2激光单侧曝光技术及双芯光纤的非对称性,设计并制作了一种长周期光纤光栅弯曲矢量传感器.成栅机理分析表明,光纤边缘处嵌入的纤芯极大地增强了包层中的残余应力,在CO2激光脉冲曝光时,残余应力释放作用增强,光栅质量更高;同时,双芯光纤的非对称结构以及CO_2激光单侧曝光使得光纤器件对偏振非常敏感,写制的光纤光栅在1 555.4nm谐振波长处的偏振相关损耗高达20.8dB.弯曲传感测试表明,在0~1.235m~(-1)曲率范围内,光纤光栅向+y方向弯曲时,透射谱谐振峰波长向长波方向漂移,灵敏度为2.37nm/m~(-1);光纤光栅向-y方向弯曲时,谐振峰波长向短波方向漂移,灵敏度为1.80nm/m~(-1).该弯曲矢量传感器结构简单,灵敏度高,可广泛应用于道路、桥梁等建筑的安全检测.