基于超精密激光直写系统制作二维光栅

二维光栅是光刻机光栅尺系统的核心元件。搭建了超精密激光直写系统,基于二维超精密工件台,通过旋转基片90°进行两次曝光,制作出栅线密度为1200 line/mm的二维光栅掩模。原子力显微镜和扫描电镜结果表明,所制作的掩模轮廓清晰,空间分布均匀。实验结果证明了超精密激光直写系统能够制作出二维光栅掩模,在制作大尺寸、高精度二维计量光栅方面有着广阔的应用前景。     

一种二元整形元件激光直写方法的实验研究

为了实现具有复杂位相结构的二元光束整形元件,提出了采用方光点的激光直写系统来逐点光刻浮雕位相结构的方法,通过双远心投影缩微光路获得5-20 μm方点,光点尺寸对应于最小位相单元,从而获得了位相结构的高质量直写.分析了高斯光点和方光点位相单元结构对二元整形元件衍射效率的影响,方形两台阶二元整形元件的+1级衍射效率达到31%,给出了实验结果.     

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.     

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。     

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。     

全视差合成全息图的激光直写拍摄

为了实现可白光下再现的全视差拼接合成全息图,结合图像处理技术、合成全息图的原理,提出一种激光直写拍摄技术.实验得到了具有57°的较大观察视场的数字合成全息图,并实现了1×1m2大面积拼接.     

高准确度多功能激光直写装置

采用高数值孔径物镜和高准确度纳米平台搭建了一台激光直写装置,可以在光敏感薄膜材料上进行打点、刻画矢量和标量图形等多种操作,其最小特征尺寸小于300 nm,重复性5 nm.在刻写前准确标定刻写激光功率,刻写过程中采用象散法精确自动聚焦,刻写完成后采用两种不同波长的激光束探测样品的透过率和反射率的细微变化,最终实现了高准确度亚微米图形的刻写和检测.     

飞秒激光直写光量子逻辑门

量子比特在同一时刻可处于所有可能状态上的叠加特性使得量子计算机具有天然的并行计算能力,在处理某些特定问题时具有超越经典计算机的明显优势.飞秒激光直写技术因其具有单步骤高效加工真三维光波导回路的能力,在制备通用型集成光量子计算机的基本单元—量子逻辑门中发挥着越来越重要的作用.本文综述了飞秒激光直写由定向耦合器构成的光量子比特逻辑门的进展.主要包括定向耦合器的功能、构成、直写和性能表征,集成波片、哈达玛门和泡利交换门等单量子比特逻辑门、受控非门和受控相位门等两量子比特逻辑门的直写加工,并对飞秒激光加工三量子比特逻辑门进行了展望.     

一种基于激光直写的水浊度传感结构

提出并制作了一种基于激光照射改变折射率方法的光度比浊度传感单元,综合了导波光学及检测相关知识原理.以UV光敏树脂为基底材料,采用“气体干法”除胶及分步固化的方法获得了该芯片化结构.传感器整个制作过程仅仅需要7~8 min因而使本方法具有很高的效率.由直写成型的单元组建传感系统对标准悬浊液样品进行了实验测试,所得的相关数据在SISO算法神经元网络系统中进行处理,获得了传感器浊度与对应散射系数的关系曲线.通过试剂检验的方法得知实际相对误差在5%左右.     

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。     

高分辨率衍射图形的DMD并行激光干涉直写

通过将数字微反射镜（Digital Micro-mirror Device,DMD）输入阵列图形微缩干涉成像,激光干涉直写系统在光刻胶板上得到缩小的干涉光斑图形,像素特征尺寸3.5 μm,干涉条纹周期1 μm.控制刻蚀深度、干涉条纹取向和DMD输入图形的结构,系统能数字化完成2D/3D、3D光变图像、超微图形文字以及二元光学元件的制作,实现了超高分辨率图形与高效的干涉光刻.给出了实验结果.     

离焦激光直写的线宽稳定方法

为了提高激光直写加工衍射光学元件时的线条质量,提出一种离焦激光直写的线宽稳定方法.该方法通过同时调节激光功率和离焦量,使光刻胶的曝光阈值处于线宽对曝光量的变化率较小位置,从而可以弱化线宽对实际曝光量或光刻胶阈值等变化的敏感度,提高利用离焦方法进行衍射光学元件制作时的线宽稳定性.推导了稳定线宽后的光功率控制模型和线宽模型,模型中的变量仅为离焦量,降低了光功率控制的复杂性.利用632.8 nm的He-Ne激光和NA-0.1的物镜在CCD上对采用该方法后的离焦线宽模型进行验证,实验结果与理论模型吻合较好.该方法对于线宽稳定度较高的衍射光学元件制作具有重要价值.     

Photoetching of spherical microlenses on glasses using a femtosecond laser

We fabricated spherical microlenses on optical glasses by femtosecond laser direct writing (FLDW) in ambient air. To achieve good appearances of the microlenses, a meridian-arcs scanning method was used after a selective multilayer removal process with spiral scanning paths. A positive spherical microlens with diameter of 48 μm and height of 13.2 μm was fabricated on the surface of the glass substrate. The optical performances of the microlens were also tested. Compared to the conventional laser direct writing (LDW) technique, this work could provide an effective method for precise shape-controlled fabrication of three-dimensional (3D) microstructures with curved surfaces on difficult-to-cut materials for practical applications.     

统一展开理论在激光系统中的应用

在统一展开理论的框架内，通过提高推导过程中的精度，得到了更精确的结果，且将其推广应用到激光系统中。具体研究两个激光模型，得到了它们的光强定态几率分布、光强平均值及相相对涨落，通过比较发现，本文所得到的结果明显的改善了用统一色噪声的似所得到的结果而与精确的数值结果和数值模拟结果符合更好。     

Study of the laser-induced forward transfer of liquids for laser bioprinting

Laser-induced forward transfer (LIFT) is a direct-writing technique that allows printing patterns of diverse materials with a high degree of spatial resolution. In conventional LIFT a small fraction of a solid thin film is vaporized by means of a laser pulse focused on the film through its transparent holder, and the resulting material recondenses on the receptor substrate. It has been recently shown that LIFT can also be used to transfer materials from liquid films. This widened its field of application to biosensors manufacturing, where small amounts of biomolecules-containing solutions have to be deposited with high precision on the sensing elements. However, there is still little knowledge on the physical processes and parameters determining the characteristics of the transfers.In this work, different parameters and their effects upon the transferred material were studied. It was found that the deposited material corresponds to liquid droplets which volume depends linearly on the laser pulse energy, and that a minimum threshold energy has to be overcome for transfer to occur. The liquid film thickness was varied and droplets as small as 10 μm in diameter were obtained. Finally, the effects of the variation of the film to substrate distance were also studied and it was found that there exists a wide range of distances where the morphology of the transferred droplets is independent of this parameter, what provides LIFT with a high degree of flexibility.