双尺度织构的激光光刻工艺

搭建了双光束激光干涉光刻系统和激光快速扫描系统。利用干涉光刻系统,实现了不同周期、不同深度、大面积的表面规则光栅织构的构筑。利用激光快速扫描器的二维扫描功能,通过控制激光功率和扫描速度,对曝光量和填充线条间距进行了优化。提出了两种双尺度复合织构的制备方法:一种是在激光快速扫描系统中对抗蚀剂表面分别进行x, y方向的扫描光刻,然后在干涉光刻系统中进行双光束干涉光刻;另一种是在激光干涉光刻系统中进行两次曝光,每次曝光的入射角不同。实验结果表明:这两种方法在制备双尺度复合织构方面具有快速、廉价、操作简易等优点。     

入射光束角度及强度偏差对多光束干涉光刻结果的影响

建立了多光束干涉光刻干涉场内光强分布的数学模型,仿真计算了双光束、三光束、四光束干涉曝光情况下,入射光束存在角度偏差以及各入射光强不同时的干涉图样,并与理想状态的模拟结果进行对比.结果表明:光束入射角度偏差主要影响干涉图样的形状和周期;入射光的光强不同是降低图形对比度的主要因素.利用402nm波长激光光源进行多光束干涉光刻实验.设定激光器输出功率32mW,每两束光夹角为16°,通过控制曝光、显影工艺,双光束干涉光刻产生周期为1.4μm的光栅、点阵和孔阵结构,三光束干涉光刻产生周期为1.7μm的六边形图形阵列.该模型可为利用干涉光刻技术制备微细周期结构,提高光刻图形质量,提供一定的理论参考.     

镍金属表面双光束激光干涉直写研究

利用波长为351 nm的半导体抽运全固态脉冲激光器,采用双光束干涉方法,对金属镍板表面直接刻蚀形成微光栅结构的方法进行了实验研究.通过改变激光功率和激光脉冲数等实验参量,研究其对制备的微光栅结构槽形和一级衍射效率的影响.利用扫描电镜和原子力显微镜测量光栅槽形,测得光栅周期为1.25 μm,光栅槽深为10～280 nm,并测量了相应的衍射效率.发现当采用激光单脉冲能量为1.2 mJ,采用10个脉冲加工时,测得槽深为280 nm,一级衍射效率最高（18%）的微光栅结构.利用光栅的衍射理论对衍射效率变化进行了分析.该研究拓展了纳秒激光在加工微结构方面的应用,为在金属材料表面制作纳米压印模版提供了一种新方法.     

利用干涉光刻技术制备LED表面微纳结构

为了制备大面积周期性微纳米结构以提高LED的发光效率,建立了劳厄德(Lloyd)干涉光刻系统。简单分析了该干涉光刻系统的工作原理,并介绍了利用干涉曝光工艺制备一维光栅、二维点阵、孔阵列等纳米结构图形的具体实验过程。最后对纳米图形进行结构转移,制备出了金属纳米结构。实验结果表明:利用劳厄德干涉光刻系统,可以在20 mm×20 mm大小的ITO衬底上稳定制备出周期为450 nm的均匀光栅或二维点阵列图形结构,它们的占空比也是可以调节变化的。     

大面积金纳米线光栅的制备

利用激光干涉光刻和金纳米颗粒胶体溶液制备了宽度在100 nm以下且总面积达到平方厘米量级的金纳米线光栅结构.制备过程中,首先在表面镀有厚度约为200 nm的铟锡氧化物薄膜的面积为1 cm×1 cm的玻璃基片表面旋涂光刻胶,然后利用紫外激光干涉光刻制备光刻胶纳米光栅结构.有效控制干涉光刻过程中的曝光量、显影时间,获得小占...     

一种结合增益耦合分布反馈光栅的多模干涉波导半导体激光器的研制

半导体激光器是现代通讯领域的核心器件.研究和开发具有高稳定性、高功率、高光束质量、窄线宽的单模半导体激光器是目前半导体激光器研究领域的一个重要的研究方向.本文在窄脊型边发射半导体激光器的结构基础上,提出并研制了一种在980 nm波段附近的利用有源多模干涉波导结构作为激光器的主要增益区,利用增益耦合式分布反馈光栅对激光器的纵向模式进行调制的新型边发射半导体激光器芯片结构.通过对比实验可以看出,这种激光器相较于一般的分布反馈式半导体激光器,其具有更高的斜率效率和输出功率;而相较于一般的多模干涉波导激光器,这种激光器具有更高的光束质量和更好的稳定性.同时,由于在芯片设计和制造过程中采用了表面刻蚀形成的高阶分布反馈光栅,这种激光芯片的制造无需二次外延,只需要微米量级精度的i线光刻即可实现,是一种制备工艺较为简单、制造成本较低、利于商用量产的芯片结构.     

纳秒激光刻蚀玻璃基质铬薄膜直写微光栅结构

利用波长为351 nm的半导体泵浦全固态脉冲激光器,采用双光束干涉方法,对蒸镀在石英玻璃衬底上的铬薄膜直接刻蚀形成微光栅结构的方法进行了实验研究.通过实验,分析了激光能量和脉冲数与微光栅结构槽形和一级衍射效率之间的关系.利用光学显微镜和原子力显微镜检测分析光栅槽形,测得槽深为253 nm的最佳微光栅结构,并测得其在波长为532 nm的激光的一级衍射效率为6.5%.结果表明:在激光能量为1 150 μJ时,适当增加曝光脉冲数有利于提高制备光栅的槽深和一级衍射效率.     

纳秒激光刻蚀玻璃基质铬薄膜直写微光栅结构

利用波长为351 nm的半导体泵浦全固态脉冲激光器,采用双光束干涉方法,对蒸镀在石英玻璃衬底上的铬薄膜直接刻蚀形成微光栅结构的方法进行了实验研究.通过实验,分析了激光能量和脉冲数与微光栅结构槽形和一级衍射效率之间的关系.利用光学显微镜和原子力显微镜检测分析光栅槽形,测得槽深为253 nm的最佳微光栅结构,并测得其在波长为532 nm的激光的一级衍射效率为6.5%.结果表明：在激光能量为1 150 μJ时,适当增加曝光脉冲数有利于提高制备光栅的槽深和一级衍射效率.     

基于多层介质膜光栅的谱合成系统光束特性分析

针对多层介质膜光栅在光束谱合成系统中的应用, 利用光线追迹方法, 建立了基于多层介质膜光栅的谱合成系统光传输模型. 多层介质膜光栅引入的相位调制包括浮雕表面上光程差与浮雕结构光程差两部分, 且受到光栅槽深、占空比和光束入射角等因素的影响. 利用衍射积分方法和光束非相干叠加原理, 计算模拟了基于多层介质膜光栅的谱合成系统的合成光束光强分布. 在此基础上, 利用强度二阶矩方法分析了合成光束的光束质量, 并讨论了多层介质膜光栅的槽深、占空比和制作误差等因素对合成光束特性的影响. 结果表明: 改变多层介质膜光栅的槽深和占空比以及中心光束入射角会影响合成光束能量, 但不会影响合成光束的光束质量, 合成光束的光束质量始终保持与单个子光束的光束质量相当; 多层介质膜光栅的制作误差对合成光束的光束质量和能量均存在明显影响.     

一种激光平行分束器的设计

为满足波面剪切干涉和双细光束干涉曲反射表面非接触精密测量、台阶高度测量以及其他平行分光需要,利用双折射晶体特性,研究并设计了一种单一平板激光平行分束器。当一束激光入射到双折射晶体时,它的2个相互正交的的偏振分量将有不同的折射特性,因此特定晶轴方向和厚度的晶体平行平板可以实现入射光束的平行分束。描述了双折射晶体平行平板的分束原理,推导了分束距离与光轴方向、晶体厚度、入射角的关系,分析了分束距离随主要设计参数的变化规律。采用设计的晶体激光分束器进行了实验测试,验证了分析与实测结果的一致性。     

应用于光刻领域中的固态紫外激光源的制作

以半导体侧泵钇铝石榴石激光器为泵浦源,采用腔内泵浦两块三硼酸铯晶体,产生满足高功率与高光束质量要求的三倍频355 nm紫外激光.通过使用法拉第旋转器谐振腔优化设计与热效应补偿提高输出光的光束质量,并且使用体光栅作为输出镜,在实现线宽窄化同时保持准相位匹配的高效性能.该光刻用紫外激光源成功地替代准分子激光器,使用在一套大面积亚纳米级投影式光刻系统上,工作时紫外光输出功率为4.37 W,光束质量因子为2.27.     

应用于光刻领域中的固态紫外激光源的制作

以半导体侧泵钇铝石榴石激光器为泵浦源,采用腔内泵浦两块三硼酸铯晶体,产生满足高功率与高光束质量要求的三倍频355 nm紫外激光.通过使用法拉第旋转器谐振腔优化设计与热效应补偿提高输出光的光束质量,并且使用体光栅作为输出镜,在实现线宽窄化同时保持准相位匹配的高效性能.该光刻用紫外激光源成功地替代准分子激光器,使用在一套大面积亚纳米级投影式光刻系统上,工作时紫外光输出功率为4.37W,光束质量因子为2.27.     

高功率激光装置光束准直系统新型远场监测技术

利用高功率激光装置空间滤波器小孔成像和取样光栅的衍射,设计出一套新型光路远场监测方案,并且在实验平台上进行了实验验证.实验结果表明：相对传统的远场监测方法,该远场监测系统通过侧面离轴光栅取样灵活利用空间,其调整平均误差为空间滤波器小孔直径0.9%,能够满足准直系统远场调整精度(<小孔直径5%)的要求. 关键词： 激光技术 光束准直 光栅 远场     

分形图形与激光全息防伪技术

利用分形图形具有无限可分和比例尺度上的自相似的特征以及可以产生无限变量重复码的特点，通过计算机控制激光双光束干涉光刻成点阵全息光栅，从而形成数字像素全息图．构造出分形图形的迭代函数系统框架，形成丰富多彩，变化多端的分形图形，以此对点阵全息光栅编码，光刻成分形数字像素全息图．     

神光Ⅱ升级装置远场准直系统研究

用于实现光束调整的自动准直系统不仅是保证高功率激光装置高效、安全、可靠运行的关键子系统,同时也是保证光束近场和远场质量的关键要素之一. 通过巧妙的光栅制作和照明成像系统设计,实现了高精度、模块化的远场准直系统. 其特点在于利用光栅的衍射特性,实现了远场焦斑和基准的同时离轴取样. 此系统在神光Ⅱ升级装置预放系统的实验结果表明,其光栅基准的复位精度优于8 μm,准直过程中基准的抖动低于0.59 μm;准直完成后,焦斑中心和基准中心的最大偏差优于10 μm. 此系统在实现了高精度取样、准直的前提下,不仅降低了对 关键词： 激光技术 激光光学系统 空间滤波器     

多光束激光干涉光刻图样

利用电磁理论,研究了多光束激光干涉图样的产生原理,结合计算机数值模拟和相关实验结果,分析了干涉图样的影响因素.研究结果表明:多光束激光干涉图样可以看成是多组余弦分布的平行线条纹的叠加;相干光束的偏振方向、入射方向、光束间相位差是干涉图样的重要影响因素,改变这些因素,余弦分布的平行线条纹的振幅、位置、周期和方向发生变化,...     

平面全息光栅刻线密度的倍频式调整方法

刻线密度准确与否直接影响光栅色散及给定波长的衍射方向,进而影响光谱仪器结构设计.为了提高全息光栅刻线密度的制作精度,提出了平面全息光栅刻线密度的倍频式调整方法.将给定刻线密度的基准光栅放在干涉场曝光区域内,调节光束干涉角,干涉场曝光光束经基准光栅衍射后,根据调整光栅刻线密度的不同选择不同的衍射级次相互叠加形成莫尔条纹,...     

飞秒激光成丝过程中由等离子体光栅引起的超连续谱增强与转移

在飞秒宽带激光脉冲成丝过程中, 由于双光束干涉效应而形成的空间等离子体光栅, 研究了空气中飞秒宽带激光脉冲成丝所产生的超连续谱增强效应, 并进一步观测到泵浦光脉冲成丝产生的超连续谱能量向较弱的未成丝的探测光脉冲转移, 有效拓展探测光脉冲带宽的新现象. 通过基于布拉格衍射特性的理论计算较好地解释了实验结果.     

Ce∶BaTiO3中光折变光栅衍射效率上升现象及分析

在对Ce∶BaTiO3晶体进行双光束干涉光折变光栅暗衰减特性的实验研究中,发现了暗条件下光折变光栅归一化衍射效率长时间上升的异常现象：在e光偏振、大入射角度产生光折变光栅的实验中,衍射效率在长逾8 h的时间内持续上升.而在e光干涉、小入射角度和o光干涉时均未出现衍射效率长时间上升的现象.分析认为：由于自泵浦位相共轭光的产生和晶体中的两个深能级参与了光折变过程,形成了衰减速度不同、光栅方向垂直的两个光栅,导致了暗衰减时衍射效率的长时间上升.     

Ce∶BaTiO_3中光折变光栅衍射效率上升现象及分析

在对Ce∶BaTi O3晶体进行双光束干涉光折变光栅暗衰减特性的实验研究中,发现了暗条件下光折变光栅归一化衍射效率长时间上升的异常现象:在e光偏振、大入射角度产生光折变光栅的实验中,衍射效率在长逾8 h的时间内持续上升.而在e光干涉、小入射角度和o光干涉时均未出现衍射效率长时间上升的现象.分析认为:由于自泵浦位相共轭光的产生和晶体中的两个深能级参与了光折变过程,形成了衰减速度不同、光栅方向垂直的两个光栅,导致了暗衰减时衍射效率的长时间上升.