小型激光直写光刻系统

针对早期研制的激光直写装置存在的刻写速度慢、功能不够完善的缺点,重新设计并搭建了一套小型激光直写光刻系统。该系统采用波长405nm可高速模拟调制的单横模半导体激光器作为刻写光源,结构更为简单紧凑;采用正弦振荡模式控制纳米平台运动,大幅度提高了刻写速度;增加了刻写光源功率校正功能、基于互补金属氧化物半导体(CMOS)相机的样品观察功能、蓝光共聚焦成像功能以及刻录光源功率衰减以实现一般光刻胶刻写的功能。通过记忆调焦数据,刻写蓝光、辅助聚焦红光以及样品观察绿光三束光分时工作,互不干扰。实验表明,该光刻系统可在光敏薄膜材料上进行打点、刻画矢量和标量图形等多种操作,刻写范围200μm×200μm,最少用时100s,刻写分辨率在250nm以内。     

激光三维成像中双光楔扫描参数的确定及优化

在激光三维成像雷达中,双光楔扫描是一种常用的扫描方式,具有能耗小、精度高、抗震性好等优点,并可有效减小系统的体积。但其扫描轨迹复杂,扫描点存在较大的冗余。首先基于一级近似公式研究了扫描轨迹的规律,随后分析了扫描轨迹间距和扫描点间距的变化特征,最终确定了全视场覆盖时的双光楔扫描参数,并由轨迹分布特征给出了降低冗余的方案。结果表明,全视场覆盖时,反向旋转和同向旋转具有相同的最小冗余2π,除旋转方向外,其他扫描参数完全相同。有效扫描视场和分辨率一定时,特定转速对下,部分覆盖的反向旋转可减小1/4的冗余;半周期的同向旋转可减小1/2的冗余。冗余降低的同时提升了成像的帧频。     

基于激光光散射层貌术的蓝宝石内部缺陷检测系统

蓝宝石是制作发光二极管(LED)衬底的基本材料,其质量直接影响高亮度LED衬底的晶片制造成品率,对于棒状蓝宝石晶体内部缺陷的检测定位能极大地降低生产成本,提高成品率。针对蓝宝石衬底加工要求,在机器视觉技术的基础上,利用LabVIEW及NI公司的图像采集卡和数据采集卡搭建了一个基于激光光散射层貌术的蓝宝石内部缺陷检测定位系统。系统利用高强度的线状激光照射下缺陷产生的光散射效应对蓝宝石晶体进行逐层扫描和图像采集,运用图像增强、图像分割及图像提取等图像处理手段对采集到的图像进行缺陷提取和分析,实现了对蓝宝石内部缺陷的检测和定位,具有很高的实时性和可视化效果。实验结果表明,该系统能有效地识别出蓝宝石晶体中的散射颗粒缺陷,并对其在棒状蓝宝石晶体深度方向上准确定位。     

Field enhancement effect of metal probe in evanescent field

Field enhancement effect of metal probe in evanescent field, induced by using a multi-layers structure for exciting surface plasmon resonance （SPR）, is analyzed numerically by utilizing two-dimensional （2D） TM- wave finite difference time-domain （FDTD） method. In this letter, we used a flmdamental mode Gaussian beam to induce evanescent field, and calculated the electric intensity. The results show that compared with the nonmetal probe, the metal probe has a larger field enhancement effect, and its scattering wave induced by field enhancement has a bigger decay coefficient. The field enhancement effect should conclude that the metal probe has an important application in nanolithography.     

太赫兹主动关联成像技术研究

研究了一种基于主动关联成像方式的太赫兹成像系统,可利用一个太赫兹单点探测器实现目标的高速、高分辨二维成像,突破了太赫兹器件的分辨率限制。该系统采用双调幅板旋转方式产生可重复使用的测量矩阵,大幅提高了成像速度。通过数值模拟给出了成像距离、调幅板随机图形尺寸、采样次数、采样矩阵相关性等参数对成像结果的影响,得到最佳实验参数,并优化了双调幅板的运动策略。搭建的太赫兹主动关联成像实验装置采用波长为3mm的太赫兹源,实验证明其成像分辨率为4mm,且成像时间由调幅板的电机转速决定,证实了此种太赫兹成像方式的可行性。     

可用于光刻自动聚焦的高灵敏度流量计式位移检测系统

为解决传统光学检测方法存在的对已刻(干刻)区域无法检测、潜在曝光可能性、系统光路复杂以及灵敏度较低等缺点,提出了一种可用于激光直写光刻自动聚焦的高灵敏度流量计式位移检测系统。详细介绍了系统的原理、系统设计、实验方法以及误差分析等。根据流量传感器检测得到的气流变化,可以判断光刻系统中聚焦系统是否离焦以及离焦量的大小。再将此气流变化量转化为电压值反馈至压电陶瓷(PZT)执行机构,通过执行机构实现自动聚焦。由于喷嘴挡板系统可以建立喷嘴挡板间距与喷嘴内部压力的关系,而流量敏感度要高于压力敏感度,故采用了热线探针来检测系统流量变化。实验证明,该方法能够准确检测系统离焦量,系统测量精度可达100nm,频率响应可达20Hz,量程可达20μm。而且在一定范围内喷嘴挡板间距与空气流量变化具有非常好的线性关系。     

基于典型相关分析的点云配准算法

提出了一种基于典型相关分析的点云配准算法。对目标点云和待配准点云进行中心化处理,将其绕坐标原点进行转动,两组点云满足各维度间相关系数平方值最大;采用典型相关分析法,对两组转动矩阵进行求解;使用转动矩阵,求解两点云间刚性变换的旋转矩阵和平移向量,实现了点云的配准。利用协方差矩阵特征值的比例开方值,对待配准点云进行等比例放大,完成了仿射配准。当点云无序、数据存在遮挡、缺失不完整、放缩及有噪声干扰时,仿真结果表明,相比于其他几种算法,所提算法能快速精确配准,且稳定性良好。     

大尺寸全息光栅曝光中条纹平移和周期的锁定

采用双光束干涉曝光法制作大尺寸全息光栅时,由于温度变化、空气流动、振动等因素的干扰,曝光条纹相对于光栅基板存在平移和周期变化,从而造成光栅对比度下降。分析了大尺寸光栅曝光过程中条纹的动态变化情况,结果表明:3h内条纹平移和周期变化的均方根值分别为1.87、1.20个条纹周期,对比度的数值模拟结果分别为12.83%、67.37%.构建了由三组条纹监视系统、计算控制系统和两组压电位移台组成的曝光条纹锁定系统,实现了条纹平移和周期的同时锁定.锁定之后得到的光栅槽型和对比度明显优于未锁定时的情形,锁定精度为:平移3σ值为0.009个条纹周期,对比度为99.99%,周期变化均方根值为0.017个条纹周期,对比度为99.77%,满足大尺寸光栅曝光对条纹稳定性的要求.     

探针诱导表面等离子体共振纳米光刻系统

提出了一种在原子力显微镜(AFM)基础上设计的探针诱导表面等离子体共振纳米光刻(PSPRN)系统.此系统不但实现了探针的精确控制,而且由于系统本身具有AFM的全部功能,因此可以实时检测样品表面的形貌以及光刻效果.系统采用改进的Kretschmann型共振耦合器件,在棱镜和样品基板之间注入匹配折射率油,使样品更方便更换;利用声光调制器与AFM配合实现了等离子体激发光照射时间的精确控制.通过初步实验,在银(Ag)膜表面获得了直径100 nm左右的光刻点,验证了PSPRN的可行性.研究了光照时间、激光功率、激光入射角、材料厚度等因素对光刻点大小、深度的影响,为实现更小的光刻点提供了参考.