徐兵[1]2004年在《光束整形元件的位相编码及制作工艺研究》文中指出在激光技术应用的许多领域中，对激光光束的质量有着较高的要求。在光束整形技术的器件中，二元光学元件由于其体积小、设计灵活、衍射效率高等优点，已经成为该领域的一个研究热点，其中用于特定衍射图样的二元光学元件的位相编码及其位相浮雕结构的制作，是二元光学元件用于光束整形技术比较突出的两个难点问题。 本论文以特定衍射图样的位相编码及其制作工艺为研究目的，旨在找到一种收敛速率快且能收敛于全局最优解的位相优化算法；同时发展一种制作工艺简单、低成本的二元光学元件制作方法。论文采用以相关衍射理论为基础，以计算机模拟分析为手段，以实验验证为最终结果的综合研究方法。 论文讨论了利用迭代傅里叶算法对任意点阵的衍射图样进行位相编码的基本原理，并针对该算法易过早陷入局部最优解的缺陷，研究了影响再现像品质的几个因素，得到了一种具有较高收敛速率和收敛程度的经过修正的迭代傅里叶算法。 精缩投影物镜是并行激光直写系统的核心器件之一，其成像质量的好坏直接决定了所制作器件的光学性能。本文利用光学设计软件ZEMAX为并行激光直写系统设计了10倍双远心精缩投影物镜，并对其光学性能进行了分析；同时也为方光点激光直写系统设计了缩小倍率为20的采用显微物镜的投影成像系统，为获得高质量的光束整形器件提供了良好的硬件设备。 利用激光直写系统分别讨论了利用高斯光点光刻、方形光点光刻和逐面积光刻等方法制作2个台阶二元光学元件的基本原理和制作过程，给出了实验结果并利用MATLAB软件对几种光刻方法所带来的实验误差进行了详细分析。 本文提出的低成本、高性能的二元光学元件的方法是设计、制作光束整形元件很有效的方法，同时实验证明，具有方形光刻点的激光直写系统是一种重要的制作衍射光学元件的工具，将为工艺简单、周期短、低成本的二元光学元件制作提供一种新选择。
董里[2]2008年在《基于PMAC的宽幅高速激光直写系统的控制研究》文中研究指明激光直写技术作为一种先进的光学制作技术,已经在许多领域有了广泛的应用。从国内外激光直写系统的研究情况来看,其研究及应用领域略有不同,国外的研究工作集中在集成电路制造、微光学元件加工、激光直写布线技术、光学检测等领域。国内也有多家研究机构对激光直写系统及工艺进行了大量的研究,主要应用在数码光变图像制作、二元光学元件制作以及各种掩模板制作等领域。本课题设计了一种高速度、大幅面的激光直写系统,在提高光刻幅面的同时,提升光刻速度,并且保证激光刻蚀精度,系统可以应用于单光束激光直写以及干涉型激光直写。本文采用直线电机控制直写平台运动,并且使用高精度光栅尺实现全闭环定位控制。针对高性能直线电机的控制特点,使用PAMC多轴控制卡对激光直写多轴运动系统实现了高速、高精度的控制。本系统达到的点与点间的精度为1um,点内精细度为0.5um,逐点光刻速度可达500dots/s,矢量化速度可达3000dots/s。利用半导体泵浦全固态脉冲激光器(DPSSL)作为光源,在VC++6.0中把图像文件转换成PMAC控制信号,从而控制激光脉冲输出和运动系统的运行,并采用连续脉冲曝光模式进行了高速干涉光刻直写实验,获得了最大幅面为800mm×610mm具有动态或立体效果的宽幅衍射光变图像。本系统已达到工程化水平,具有很高的工业化价值,上述技术指标处于行业领先水平。目前本系统已可以实现大面积点阵正交彩虹全息图及其通用光柱版的制作,并通过后续工艺把所得产品成功投入市场。本文对单光束激光直写在大规模集成电路制造以及激光紧密加工领域的应用也作了一些探索性的研究。
李宣娇[3]2013年在《卫星光通信中基于二元光学元件的信标光接收技术研究》文中研究表明卫星光通信（Inter-satellite Optical Communications，IOC）是一种以激光作为信息载体在卫星间进行高速数据传输的通信方式。随着通信技术向高速率、大容量的发展，IOC已成为现代大容量空间通信领域的一个重要研究方向，越来越多的国家相继开展了该方向的研究，其中实现光通信终端的小型化、轻量化的设计一直是卫星光通信的研究热点。由于二元光学元件（BOE，BinaryOptical Element）具有体积小、重量轻、易于复制等诸多优点，将该技术应用到IOC系统中也逐渐引起了重视。本文以IOC信标光接收系统为研究对象，提出了用BOE替代传统的信标光接收聚焦系统，设计了一种BOE可实现将信标光束聚焦到CCD位置探测器，并根据捕获、跟踪中信标光聚焦光学系统的设计指标评价了元件性能。基于标量衍射理论，利用改进的算法AA算法设计了聚焦BOE的相位函数，并对设计得到的相位函数进行了仿真验证，分析了光束入射角对其输出光场的影响。结合几何光线追迹方法，以标量衍射方法设计的BOE相位函数为初始结构，对聚焦BOE进行了优化设计，给出了设计结果和工艺参数，并分析了不同视场角下BOE的光学性能。结果表明该方法设计得到的聚焦BOE在1°视场的应用条件下具有良好的成像质量。针对设计的聚焦BOE，本文结合极坐标激光直写加工工艺，仿真分析了刻蚀台阶数、刻蚀深度误差和台阶宽度误差对元件输出光场的影响，为加工高性能BOE元件打下理论基础。本文的研究工作对推导IOC接收光学系统向小型化和轻量化的发展具有重要意义。
罗剑波[4]2012年在《曲面激光直写系统与关键技术研究》文中研究表明在曲面上进行微光刻是当前制作微器件的发展方向之一,曲面激光直写则是曲面微器件,特别是微光学器件制作的一个重要发展方向。相比平面激光直写,曲面激光直写由于曲面基片可变倾斜角的引入,使得在其上的光刻曝光困难许多。目前,和曲面激光直写相关的技术、工艺、设备尚处于起步阶段。本论文搭建了一套新型的曲面激光直写系统。.该系统通过创新的光刻头恒姿态结构,实现曲面基片上光焦点的检测、控制与曝光。此外,论文对基于曲面的光刻理论、基于曲面的焦点检测,和基于曲面的焦点控制分别进行了研究。论文对曲面基片上光刻胶胶层内光场的传输、曝光,以及工艺参数在曲面基片情况下对微结构线条的影响等内容进行了研究。论文首先建立了曲面基片上光刻胶胶层内光场传输与分布模型,之后分析了曲面各种不同的扫描曝光方式,并建立了曲面下的Dill曝光模型,以及不同扫描曝光方式下光刻胶胶层内的曝光模型。在此基础上,论文分别建立了曲面不同扫描曝光方式下的线宽模型,并分析了不同扫描曝光方式下各种工艺参数对线条的影响。曲面上光焦点的检测与控制是曲面激光直写的关键。论文在共焦显微技术的基础上,建立了曲面上光焦点的系统响应模型,在此基础上得出了曲面上光焦点的系统径向、轴向响应特性,并据此提出了适合于曲面的光焦点探测新方案,也即动态扫描检测法。论文对新方案原理、参数进行了分析和研究。在此基础上,论文构建了反映曲面上光焦点位置信息的焦点误差信号FES。曲面上焦点的控制方面,论文根据曲面基片上光刻的特点,使用了宏／微双驱动控制系统对光焦点进行控制。由于直写光刻的特殊性,论文对宏／微控制系统进行了针对性的设计,包括反映定位误差的信号构建、宏微系统同步方式等。此外,论文研究并提出了两种曲面基片上的焦点搜索机制。这两种机制分别用于激光直写系统初始化时焦点的搜索,以及光刻过程中失去焦点或闭环控制失控时的焦点重新搜索。论文最后在所搭建的曲面激光直写系统基础上,进行了初步性的实验,并进行了圆光栅和直线光栅的制作。
相恒富[5]2007年在《CO_2激光直写聚合物微流控芯片的理论与实验研究》文中进行了进一步梳理微流控芯片是一种交互集成的微全分析系统，它以微管道为网络连接微泵、微阀、微储液器、微电极、微检测元件等，可最大限度地把采样、稀释、加试剂、反应、分离、检测等分析功能集成为一体。当前微流控芯片已经开始从实验室走向应用，急需探索低成本大批量生产的制造技术。研究聚合物微流控芯片的制造技术，对微流控芯片的研究与产业化具有重大意义。本论文依托国家“863”高技术研究发展计划资助项目：“面向微流控芯片的微模具制造装备研究”(2002AA421150)和教育部博士点基金资助项目：“聚合物叁维微流控芯片制造新方法及工艺研究”(20030335091)，研究CO_2激光直写聚合物材料制作微流控芯片的关键技术。本文概述了激光微细加工技术的方法和应用，综述了激光直写加工聚合物微流控芯片国内外发展和现状，对CO_2激光直写聚合物微流控芯片进行了研究，完成了如下研究工作。对CO_2激光与聚合物相互热作用进行了解析推导，并研究了热扩散速度。对聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl methacrylate，PMMA)热降解机理、热解反应动力学进行了分析，并对CO_2激光直写PMMA原理和影响因素进行了研究，为进一步研究CO_2激光直写PMMA打下了基础。在CO_2激光直写聚合物作用机理基础上，推导了激光直写聚合物叁维微流道深度模型，根据微元控制面矢量关系，获得了叁维微流道模型解析解，揭示了流道深度与激光功率、扫描速度、激光加工次数和材料热物理参数的内在关系，对激光直写聚合物微流控芯片具有重大指导意义。针对聚合物在激光加工时容易因热应力而产生热变形的问题，建立了激光加工聚合物的叁维瞬态温度场模型和热应力模型，并采用求相应泛函极值的方法进行了有限元方程构建。对这些模型进行了连续CO_2激光作用条件下的有限元法数值模拟，分析加工参数与温度场分布、流道外形和热应力的关系，用以指导在加工中避免或减少热变形的产生。模拟结果表明了该方法的合理性和有效性。构建了基于直线电机驱动的激光直写聚合物微流道精密加工实验系统，对精密工件台控制系统进行了硬件设计和软件设计。针对直线电机定位误差，提出基于最小二乘支持向量机理论，建立直线电机定位精度预测模型。根据预测模型，实现误差补偿，使直线电机进给定位精度提高到2.5μm。在构建的激光直写聚合物微流道精密工件台上开展了CO_2激光直写PMMA实验研究，然后对实验结果进行了分析。研究表明，实验结果与理论模型比较吻合，证明了理论模型的正确性。并进一步对实验结果进行了研讨，获得了理论模型最优激光加工参数分布范围。研究了重复扫描加工时，冷却时间、流道宽度变化、加工条件的影响。结果表明，多次加工可以改变流道宽度。然后分析了激光加工工艺顺序对T型流道的影响。最后，成功实现了CO_2激光直写PMMA微流控芯片的制造新方法。
参考文献：
[1]. 光束整形元件的位相编码及制作工艺研究[D]. 徐兵. 苏州大学. 2004
[2]. 基于PMAC的宽幅高速激光直写系统的控制研究[D]. 董里. 苏州大学. 2008
[3]. 卫星光通信中基于二元光学元件的信标光接收技术研究[D]. 李宣娇. 哈尔滨工业大学. 2013
[4]. 曲面激光直写系统与关键技术研究[D]. 罗剑波. 浙江大学. 2012
[5]. CO_2激光直写聚合物微流控芯片的理论与实验研究[D]. 相恒富. 浙江大学. 2007