关键词： 光学光刻   微纳结构   聚二甲基硅氧烷   结构薄膜   纳米技术  

摘要： 利用光学光刻技术进行多种形状规格聚二甲基硅氧烷(PDMS)微纳敏感结构的并行加工。研究了基于光学光刻技术的PDMS微纳敏感结构薄膜加工工艺,并加工出不同形状、、不同大小的PDMS微纳敏感结构。此外,对加工后的PDMS微纳敏感结构薄膜进行表征,观察了不同形状、不同大小的PDMS微纳敏感结构的形貌特征。结果表明:基于光学光刻技术的PDMS微纳敏感结构薄膜加工工艺具有加工效率高,加工过程中不需要刻蚀、激光加工等复杂工艺和昂贵设备的特点,并且实现了大批量PDMS微纳敏感结构的并行加工。同时,掩模板上的微纳图案较好地转移到PDMS薄膜上,具有较好的图案曝光成像和图形转移效果。此外,制备的PDMS微纳敏感结构形状较规则、排列整齐,并且不同形状,不同大小的PDMS微纳敏感结构都具有高度一致性较好,侧面轮廓分明,侧壁角接近90°的特征。

关键词： 飞秒激光微纳加工技术   材料   加工领域  

摘要： 所谓飞秒激光微纳加工,即运用超短脉冲激光的紧聚焦获得的焦点具有超高能量密度,同材料在微尺度的状态下产生非线性反应,对材料产生诱导作用,出现“改性”及“成型”等状况。飞秒激光加工技术优势明显,在材料加工领域内得到了广泛的应用,受到格外的关注与重视。该文在这一基础上,就飞秒激光微纳加工技术在多种材料加工领域的应用作简要论述。

关键词： 飞秒激光   透明材料   空间光调制器   湿法刻蚀   微透镜阵列   高深径比  

摘要： 透明硬质材料如石英、蓝宝石等作为优异的光学材料,由于其宽光谱透过率、较高的热稳定性和化学稳定性,在人们的生产生活、工业和军事等领域具有广泛的应用。但是在微纳光学等领域,这些材料较高的硬度和较低的塑性使得用传统的机械加工等方式难以达到预期的加工精度和表面粗糙度,而光刻等方式其工艺较为复杂,且无法直接用于材料内部结构的制备。飞秒激光作为一种先进的三维柔性加工技术,有加工精度高、材料适用范围广和真三维加工等优势,在微纳光学、微流体和微机械等领域有着广泛的应用前景。然而,传统的飞秒激光直写加工方式通常采用逐点扫描策略,因此加工效率低且不能充分利用激光器功率,极大地限制了飞秒激光的实际应用范围。此外,飞秒激光烧蚀硬质材料表面的时候,通常加工后材料表面粗糙度通常较大,难以直接满足微光学元器件对高表面质量的要求。而飞秒激光在硬脆材料内部加工过程中,由于界面之间的折射率不匹配会造成聚焦光斑的不均匀拉伸,影响内部三维结构的加工精度。为了解决上述提到的问题,本论文将空间光场相位调制技术与飞秒激光直写加工技术相结合,通过深入研究飞秒激光与材料之间的相互作用,并引入湿法刻蚀等工艺对材料进行辅助处理,成功在石英和蓝宝石等硬质透明材料上实现了具有微纳米尺度结构的微光学元器件的高效率和高精度制备。本文的具体研究工作如下:(1)利用基于飞秒激光的光场调控技术与湿法刻蚀技术在石英表面实现尺寸和数值孔径可控的微透镜阵列。通过研究石英表面和内部激光烧蚀区域对HF溶液刻蚀后结构的影响,利用空间光场相位调制技术实现了沿光轴不同位置的多焦点分布。在不改变激光能量的前提下,利用这种沿光轴分布的多焦点阵列在石英内部改性,并结合后续的湿法刻蚀实现石英表面尺寸可控的微透镜阵列的高效制备。这种方式仅通过改变全息图即可灵活改变所制备的微透镜的尺寸。其单个微透镜的深度可以从5?m调整到20?m,半径可以从19?m调整到34?m,数值孔径可以从0.22调整到0.41。(2)利用光场调控技术与激光参数的准确控制在石英内部实现了具有高深径比结构的精细加工。针对飞秒激光在石英内部诱导光栅结构不均匀且间隔不可控等问题,利用光场相位调制技术实现了基于折射率不匹配效应的光场能量纵向均匀化分布,并结合飞秒激光直写加工方式,在加工过程中准确的控制激光加工参数,成功地在石英内部实现了具有高深径比和高精度的改性区域,其宽度仅为90 nm,深度最大可达48?m,其深径比最大可达500:1。此外,通过系统研究激光参数对加工结构的影响,我们仅通过改变加工间隔即可调节加工区域内部局部双折射的相位延迟量,其单层相位延迟量最大可达150 nm,且加工间隔最小可达200 nm。最后,利用这种高深径比结构的精细加工方式,在石英内部100?m?100?m的区域内实现了一维达曼光栅的高效高精度制备,仅加工单层其效率即可达到49.8%(理论为70%)。且制备的达曼光栅的具有非常均匀的分束效果。(3)利用均匀化光场实现蓝宝石内部应力双折射的精确控制。通过将物镜后焦面位置的光场调制为能量沿光轴分布的均匀化光场,实现了在蓝宝石内部均匀改性结构的制备,其最小线宽仅为170 nm,且线间隔最小可达300 nm。通过在内部设计应力积累和释放区域,利用这种极高精度的加工方式,仅需改变加工间隔即可实现应力释放区域中由应力诱导的双折射准确控制,其单层最大相位延迟量接近于1/4λ,且可以通过叠加的方式实现任意大小的相位延迟量。这种基于加工区域的应力效应的内部双折射控制,可以避免由于加工区域刻写结构对入射光的散射造成的光学元器件效率的影响。综上所述,本论文结合飞秒激光硬脆材料直写技术与空间光场调制技术,通过使用湿法刻蚀等后处理工艺,实现了具有高加工效率和高激光能量利用率的石英微透镜阵列的制备。此外,通过对激光加工参数的准确控制,实现了石英和蓝宝石内部具有高精度和大深径比改性结构的制备,并对制备的微光学元器件的性能进行了详细的测试和分析,为飞秒激光在透明硬脆材料加工领域的应用提供了新的技术方法和新的思路。

关键词： 石墨烯纳米墙薄膜   图形化工艺   微桥工艺   红外探测器  

摘要： 红外探测技术将人类的视觉认知从可见光拓展到红外波段,制备高性能的红外探测器,材料的选择是相当重要的。如今,石墨烯纳米墙薄膜优异的光学、电学性能一直为红外探测器的发展提供新的方向,然而石墨烯纳米墙薄膜红外探测器的相关研究仍然处在初始阶段。为此,本论文对石墨烯纳米墙薄膜的微纳加工技术进行了研究并优化,并在此基础上制备了红外探测器。具体的研究成果如下:1、石墨烯纳米墙薄膜的生长与表征。使用射频等离子体增强化学气相沉积技术在不同基底上合成了石墨烯纳米墙薄膜并对其生长原理进行了研究。同时,使用扫描电子显微镜（SEM）、拉曼光谱、原子力显微镜（AFM）这些表征仪器分析了石墨烯纳米墙薄膜的形貌特征及结构。2、石墨烯纳米墙薄膜的微纳加工工艺优化。首先利用双层胶工艺以及反应离子刻蚀技术进行了石墨烯纳米墙薄膜的图形化工艺优化,得到了边界清晰、形貌完整的石墨烯纳米墙薄膜条带沟道。此外,针对石墨烯纳米墙薄膜与聚合物薄膜PDMS的微桥工艺问题,选用了容易释放的二氧化硅与绝缘性好的氮化硅作为底层基底支撑材料。利用氧气等离子刻蚀技术使得PDMS由疏水性变成亲水性改善了石墨烯纳米墙薄膜与PDMS的工艺兼容性问题。分析了湿法腐蚀工艺对悬空结构的影响,提出使用氢氟酸腐蚀二氧化硅进行微腔释放这一方法。3、基于石墨烯纳米墙薄膜的红外探测器的制备与研究。首先在石墨烯纳米墙图形化工艺成功实现的基础上制备了不同基底（n型硅、本征硅、p型硅）与石墨烯纳米墙薄膜复合的光电导红外探测器,分析了石墨烯纳米墙薄膜/硅异质结的能带结构,对其光电性能进行了测试研究,在近红外波段和可见光波段对三种器件的光响应电流进行了比较,发现石墨烯纳米墙薄膜/n型硅复合器件的光电流响应最大,石墨烯纳米墙薄膜/p型硅复合器件的光电流响应最小。根据热电子发射理论计算了三种器件的肖特基势垒高度,得出石墨烯纳米墙薄膜/硅（n型硅、本征硅、p型硅）异质结的肖特基势垒高度分别为0.73eV,0.69eV,0.63eV,得出势垒越高,注入到石墨烯纳米墙薄膜中的光生载流子越多,光响应电流就越大这一结论。另外,在石墨烯纳米墙薄膜与PDMS微桥工艺基础上设计了高TCR的红外热探测器,并对其制备工艺流程进行了实验探究。

关键词： 飞秒激光   空间光调制器   微纳加工   无掩膜加工  

摘要： 飞秒激光加工表面微纳米结构作为一种新型的、多用途的纳米材料制备技术被广泛应用于物理、生物、信息等多领域中,然而传统的飞秒激光加工往往采用逐点扫描的方法,效率低下。借助于LCoS SLM(Liquid Crystal on Silicon-Spatial Light Modulator)的空间光调制技术能够通过相位调制实现对飞秒激光焦平面光场的空间整形,将其用于无掩膜并行加工,可以在保证加工精度的同时极大提升加工效率。本文研究了空间光调制器的构造和工作原理,对基于LCoS SLM的多种光场图形化算法进行了分析、模拟、改进和实验验证,主要研究结果如下:首先,本文研究并总结了基于时空干涉的新型空间整形系统的原理,它相比传统技术更加简单灵活并有更高的效率。然而此技术中的缩束系统造成的成像畸变严重影响了加工的准确性。本文模拟并分析了该系统中的畸变现象,利用空间光调制器的相位全息图补偿畸变引起的空间光场的位置变化和光强分布不均。此方法可使曝光处干涉图案的最大偏移量由10.66μm趋近于0,在实验中将相对最大偏差由60.42%降至8%以下,并使该处二维光强分布趋近于平顶光。该算法降低了时空干涉的飞秒激光空间整形技术对于缩束成像系统的设计需求,节省了成本与时间。基于以上方法,在不锈钢表面拼接加工出了1.5×1.5 mm的具备多级别防伪能力的二维码图案。此外,本文还模拟并验证了借助MPFL(Multiplexed Phase Fresnel Lenses)算法实现的多路菲涅尔透镜全息图和对其改进得到的柱透镜全息图,成功将激光光场调制为点阵和直线分布,并通过GS(Gerchberg–Saxton)算法和GSW(Weighted Gerchberg–Saxton)算法得到了将光场调制为面状分布的计算全息图,大幅提升了焦平面处的光强均匀性。

关键词： 微纳加工技术   教学探索   教学实践  

摘要： 微纳加工技术涵盖内容极其广泛且发展迅速,要求课程讲解内容与时俱进。此外,微纳加工技术是一门交叉学科,需要有物理和化学等学科的理论基础,也需要有多方面工程知识和相应的应用能力,这也同样给教学带来一定的挑战性。对于这些问题,通过结合国内外的教学经验,采用多种教学方式结合,将广而深的内容逐一精解,让学生抓住重点,自觉探索,提升学生的自主学习能力和创新意识。

关键词： 苏州工业园区   中国科学院   微纳加工技术   激光产业   上海光学精密机械研究所   技术创新战略   行业协会   产业创新  

摘要： 2018年9月20日，第二届中国激光微纳加工技术大会在苏州独墅湖世尊酒店举行。此次大会由江苏省激光产业技术创新战略联盟、《激光制造商情》主办，苏州工业园区激光产业创新联盟协会、智造学堂、苏州纳米科技协同创新中心、江苏省纳米技术产业创新中心、广东省激光产业技术创新联盟承办，清华大学、中国科学院上海光学精密机械研究所、上海市激光技术研究所、苏州大学、广东省激光行业协会、广东星之球激光科技有限公司、中国科学院南京先进激光技术研究院、江苏大学、湖北省激光行业协会、苏州纳米技术国家大学科技园、山东省激光产业技术创新联盟协办。大会邀请国内来自于企业及高校研究所的众多知名人士参加学术交流，相互研究探讨，为激光行业带来一场饕餮盛宴。此次大会目的是激光微加工技术的普及推广，为江苏的激光产业链提供良好的沟通交流平台，促进江苏及其周边地区激光产业的进步，以政产学研用的有机结合推动江苏及其周边地区经济的稳步发展。

关键词： 激光微纳加工  

摘要： 2018年9月19-21日,由江苏省激光产业技术创新战略联盟、广东省激光产业技术创新联盟等联合主办的第二届中国激光微纳加工技术大会将在苏州召开。此次大会将邀请国内来自于企业及高校研究所的知名专家参加。

关键词： 飞秒激光   数控   微纳加工   关键技术  

摘要： 提出了以飞秒激光为光源,配合高精度的放大及光路、微加工数控系统,搭建了数控微纳加工及公共服务平台,探索了平台组建及加工应用中的关键技术问题,在玻璃、玉石等材料的实际微纳加工中取得了良好的应用效果。

关键词： 纳米材料  

ISBN: (纸本)9787122344229

摘要： 本书简要介绍了微纳粉体的性能与制备技术, 着重介绍了常用粉碎设备的性能指标与设计要素, 尤其是在粉碎设备的设计仿真方面结合作者的原创性成果, 详细介绍了多种设备的设计方法与实例。本书适合从事机械设计和粉体工程的专业技术人员参考使用。