用于近场集成光学头微透镜器件的灰度掩模技术

讨论了制作适用于近场集成光学头中的凸形、凹形微透镜和折衍射复合微透镜的灰度掩模技术。定性地给出了与几种典型的凸形、凹形微透镜和折衍射复合微透镜对应的灰度掩模版的设计实例 ,以及将它应用于光刻操作的情况 ,为采用灰度掩模技术制作适用于近场集成光学头中的微透镜器件奠定了基础。灰度掩模技术在微透镜器件的制作方面具有重要的应用前景 ,有助于简化制备工艺 ,降低制作成本 ,优化微透镜阵列的结构参数。     

灰阶编码掩模制作微光学元件

提出一种基于改变灰阶编码掩模的单元形状和位置的掩模设计新方法,并根据成像过程中的非线性因素,用这种方法对掩模图形进行了预畸变校正,根据部分相干光成像理论和抗蚀剂曝光显影模型,模拟计算了这种灰阶编码掩模产生的空间光强分布和光刻胶上的浮雕结构,采用电子束曝光系统制作了这种掩模,并在光刻胶上获得具有连续面形的微透镜的阵列。     

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。     

用灰阶编码掩模实现邻近效应精细校正的研究

提出了用灰阶编码的二元掩模代替灰阶掩模实现邻近效应精细校正的新方法,并阐述了新方法的特点,讨论了灰阶编码掩模与灰阶掩模的等效关系,给出了灰阶编码掩模实现光学邻近效应校正的模拟结果,校正后的综合面积偏差比较正前减少了１０％。     

灰阶掩模实现光学邻近校正及计算模拟研究

从光学邻近效应产生机理出发,提出用带灰阶衬线的灰阶掩模实现光学邻近效应精细校正的新方法,并指出掩模图形振幅信息的优化,即合理分布掩模图形的空间频谱,可以改善空间像的光强分布并获得高质量的光刻图样。计算表明,校正后的成像图样与理想像的偏差小于０．９％。     

彩色等效灰度掩模制作方法研究

提出了一种利用彩色等效灰度理论设计掩模的新方法——数据库法.通过选取不同RGB值组合成特定颜色,由彩色胶片输出仪输出这些颜色组成的彩色掩模,获得的彩色胶片掩模用来线性调制曝光量,从而实现二元光学元件台阶深度的线性化.给出了理论计算和16阶菲涅耳透镜的实验结果,证明了数据库方法设计掩模的可行性.该方法的提出为灰度扩展提供了新途径.     

优化掩模分布改善数字光刻图形轮廓

基于数字微反镜(DMD)的无掩模数字光刻系统可用于IC掩模制作或育接作为微结构的加工工具,有着广泛的应用前景.但理沦和实验均发现基于DMD数宁光刻系统加工连续表面微结构元件时,往往难以获得预期的图形轮廓,加工出的图形表面具有规则的振荡起伏.在深入探讨DMD灰度图形传递的基础上,分析了空间像畸变产生的物理机制,并提出用模拟退火算法来优化掩模图形,在5%的相对曝光量偏差范围内模拟表明优化有效地消除了表面起伏,最后利用优化的掩模实验加工出表面轮廓比较良好的轴锥镜阵列.该方法能有效改善面形质量,而且不存在掩模制作等问题,这对于制作高质量的微结构元件有重要意义.     

极紫外投影光刻掩模阴影效应分析

极紫外（EUV）投影光刻掩模在斜入射光照明条件下,掩模成像图形位置和成像图形特征尺寸（CD）都将随入射光方向变化,即存在掩模阴影效应。基于一个EUV掩模衍射简化模型实现了掩模阴影效应的理论分析和补偿,得到了掩模（物方）最佳焦面位置和掩模图形尺寸校正量的计算公式。掩模（物方）焦面位置位于多层膜等效面上减小了图形位置偏移;基于理论公式对掩模图形尺寸进行校正,以目标CD为22 nm的线条图形为例,入射光方向变化时成像图形尺寸偏差小于0.3 nm,但当目标CD继续减小时理论公式误差增大,需进一步考虑掩模斜入射时整个成像光瞳内的能量损失和补偿。     

基于半隐式离散化的局部水平集掩模优化

提出一种面向光刻掩模优化框架基于半隐式离散化的数值技术方法,对框架中稳定时间相关模型中的扩散项、非扩散项分别进行隐式、显式的离散化,从而克服基于梯度下降的显式离散化方法中迭代步长受到抑制的稳定性约束要求。此外,选择对掩模图形的边缘与高频成分相对应的受监控像素点进行局部优化,而不是优化所有的掩模像素点,来降低计算复杂度。仿真结果显示,所提掩模优化算法在降低优化维度的同时提高了优化收敛效率。     

基于光束扫描宽化技术的激光掩模微加工系统

利用Nd∶KGW激光器,采用光束扫描宽化技术和掩模微缩成像方法研制了用于微打标及微型零件雕刻成形的激光掩模微加工系统。系统采用计算机打印的塑料胶片或液晶作掩模,光束扫描面积为（有效掩模面积）30 mm×30 mm。微缩成像系统的缩小倍率分别为8～10倍（f=100 mm透镜）和15～20倍（f=50 mm透镜）。对该系统的加工尺寸和加工精度进行了分析。实验结果表明：系统达到的最小标刻宽度和加工图形精度均为10μm,与分析结果一致。系统的单次加工深度为0.07～0.1μm,最大加工深度为200μm,可满足工业微加工技术的基本要求。     

Research on improving the transverse resolution of binary optical element by digital-division-mask technique

We present the digital-division-mask technique for the first time to solve the problem of decline in transverse resolution, which is caused by using digital micro-mirror device (DMD) to make binary optical elements (BOEs). One high-frequency gray-tone mask can be divided into several low-frequency masks by fixed or variable low-frequency period sampling. And the superimposed lithography effect of these low-frequency masks in the spatial or temporal domain is the same as that of the original high-frequency gray-tone mask. The paper firstly analyzes the digital-division-mask technique in theory and describes the feasibility and advantages. Then taking the diffractive surface fabrication of refractive-diffractive hybrid lens as an example, we conclude that the digital-division-mask technique improves the edge sharpness of lithography pattern, and enhances the diffractive efficiency of BOEs by experiment.     

一种二元光学元件阵列微芯模的工艺设计研究

提出一种二元光学元件微型芯模的工艺设计方法,该方法利用了数字调制器件（DMD芯片）的空间光调制特性。首先通过编程设计出二元光学器件的相关软件,以实现菲涅耳透镜、达曼光栅、龙基光栅等各种矢量图形,经过14倍精缩光学系统,将由DMD芯片生成的二元光学器件图像成像在涂有光刻胶的基板上。经显影、定影和坚膜后,再利用电化学蚀刻,得到一种二元光学阵列的微芯模。这种二元光学的芯模制作方法可以方便、高效、低成本地用于制作微光学器件。     

Slow light transmission in a photonic crystal power splitter with parallel outputs

In this paper, we investigate coupling of light to slow modes in a photonic crystal power splitter composed of a Y-junction and two 60° bends. First, a combination of two cascaded bends which is commonly used in integrated photonic crystal circuits is studied in slow light frequency regime. We propose a structure that its transmission spectrum covers the high group-index frequencies near the band edge. Also, by structural modifications, high transmission near to 95% is achieved in slow light bandwidth. Next, we study the complete structure of a photonic crystal power splitter with parallel outputs based on a Y-junction integrated with two 60° bends. Using modified bends and reducing sharpness of Y-junction, the efficiency of splitting increases in both high and low group-index frequency bands. The optimized structure has an average efficiency of 82% in slow mode regime. This structure can be used in photonic crystal based slow light devices, such as Mach-Zehnder interferometers.     

Aberration invariant optical/digital incoherent systems

We have developed a fundamental technique for control of important known and unknown lens aberrations. Control of lens aberrations through traditional means is very difficult in high-performance optical systems. Minimizing aberrations caused by deterministic design errors as well as statistical fabrication errors has often led to costly systems and fabrication techniques. By employing a special-purpose optical phase mask and digital signal processing we can form imaging systems that are invariant, or substantially insensitive, to a number of important lens aberrations.     

闪耀光纤光栅写制技术及解调技术研究

利用相位掩模法,对闪耀光纤光栅的写制技术进行了研究.在载氢光敏光纤中写制了不同倾斜角度的闪耀光纤光栅,给出了相应的结果谱图.利用闪耀光纤光栅的包层耦合模,通过侧面光检测技术,实现了一种以闪耀光纤光栅为分光器件的光纤光栅波长解调系统.对C波段的波长进行了解调,给出了实验系统及相应结果分析.     

快速边界识别算法用于达曼光栅掩模数据生成的研究

针对达曼光栅的数据写入问题,提出了一种快速边界识别算法（FBIA）用于复杂二元光学图形掩模的CIF格式数据的生成。该算法首先识别出达曼光栅图形的边界点,然后按照左手原则对边界点进行排序并构成闭合曲线。针对闭合曲线中可能出现的“孤岛”,该算法可自动识别并依据其数量对图形重新分割取点。结果表明FBIA算法具有搜索快、效率高等优点,可广泛应用于各种二元位相型元件CIF格式掩模板数据的生成。     

Fabrication of cylindrical lens arrays utilizing the pinning effect of the partition walls on ultraviolet curable polymers

A technique of controlling the pitch and radius of curvature of a cylindrical lens array is presented. The lens pitch is controlled by producing the linear partition walls that sandwich a UV-curable polymer. The partition walls are created by scratching a polymeric substrate with a sharp edge. The radius of curvature can be controlled by designating the volume of the UV-curable polymer dispensed between the partition walls that prevent the spreading of the polymer due to the pinning effect. This technique can contribute to realizing a practical fabrication method for cylindrical lens arrays owing to its simplicity and flexibility.     

利用相位模板实现数字全息超分辨成像

为了简化数字全息超分辨记录系统,分别在其物光和参考光部分引入一块相位模板,以获得垂直和倾斜方向照明物体的光束和具有不同载波频率的参考光束.当这些具有不同照射方向的光透过物体后,可以使CCD在位置固定的情况下记录到携带低频和高频信息的物体衍射场,不同载波频率的参考光则保证了高频和低频信息在复合全息图的频谱面上能够相互分离.实验结果证明,通过将记录到的物体高频和低频信息合成,可以获得超出系统衍射极限分辨率的再现像.