微透镜列阵的离子束刻蚀及衍射效率测量

采用Kaufman离子刻蚀微透镜列阵并采用实时检测系统对刻蚀深度进行了控制.提出了测量微透镜列阵衍射效率的一种方法,对测量误差进行了讨论.     

微光学技术及其发展

微光学技术是90年代发展起来的光电学科前沿技术,是光电技术列阵化、微型化、智能化的主要发展方向。微光学技术已经在光通讯、光开关、光扫描、光互连中得到应用。文中就微光学的二元光学、衍／折混事光学、微透镜阵列的原理、工艺方法、主要应用、发展趋势以及我们的研究进行叙述。     

大口径长焦距镜面和透镜的扫描法焦距测量技术

提出了用扫描法测量大口径长焦距镜面或透镜焦距的方法。这种方法是通过对一块Ronchi光栅的Talbot像与另外一个Ronchi光栅所产生的莫尔条纹转角的计量来测量长焦距；通过扫描对大口径范围内的整个区域进行测量。实验结果表明，这种方法能够实时地、非常精确地测量长焦距。     

二次硼离子热扩散制作微电阻

为了在微机电系统(microelectromechanical systems,MEMS)器件中进行热驱动，提出了设计微电阻作为热源的方法.电阻是通过微晶硼硅玻璃在硅基底上进行二次热扩散的方法制备的，利用硼离子扩散制作的电阻可以提高热源加热效率.通过数值计算，建立了制备过程中硅基底中的硼离子的空间浓度分布的理论模型，优化了二次硼扩散工艺条件.盘旋形的电阻形状设计提供了良好的温度控制和热量利用率，加热温度可以从室温一直加热至200℃.测量得到了电阻的有效结深及方块电阻，实验结果表明，电阻内部扩散区域的结深非常浅，硼离子掺杂浓度非常高，与理论模拟基本吻合.     

SiO2薄膜辅助硅玻璃热键合技术的研究

为了解决Si和普通玻璃进行直接键合时材料的热失配问题，提出了利用SiO2薄膜辅助进行硅玻璃热
键合（SGTB）的技术.通过分析SiO2薄膜辅助SGTB技术的化学物理过程，对键合过程中的工艺条件进行了
优化.利用反应离子束蚀刻（RIBE）对基片进行抛光，使得键合表面达到2 nm级的表面粗糙度.在大气的环
境下将处理过的玻璃、Si基片干燥，进行预键合.预键合好的Si、玻璃基片在200℃的氧化环境下退火，基
片之间的硅烷醇键发生聚合反应，形成硅氧键键合.实验结果表明，硅和玻璃基片的表面能经过预键合后
有了提高，水分子和Si表面SiO2中的氧原子交连在一起，OH-数量增加，形成硅烷醇键.Si表面热生长SiO2
薄膜的存在，减少了由Si、玻璃热膨胀系数和热传导系数差异引起的诱导应力.     

二元球透镜可见/紫外双波段光学系统

提出了利用带二元光学元件的球透镜实现可见/紫外双波段光学系统的新方法.在蓝宝石球透镜中部引入二元光学元件,有效校正了色差及球差;同时利用谐衍射设计,使可见/紫外双波段共用同一二元光学元件.利用光纤面板对像面的补偿,既校正了场曲,又满足半视场0～15°为可见波段,15～35°为紫外波段的实际应用需求.完成了在蓝宝石平面基底上最小线宽为10μm的八台阶二元元件的制作.所研制的系统经测试,在F数为1的条件下,弥散斑小于60μm,与传统的球透镜相比,光斑缩小了1/3.     

基于模板匹配的莫尔条纹倾角计算

提出了一种基于模板匹配的亚像素处理方法,可以精确计算出在大口径长焦距测量过程中出现的莫尔条纹的角度。基于泰伯效应和莫尔条纹干涉的长焦距测量方法是一种高精度的焦距测量方法。理论分析表明:这种测量方法的精度很大程度上依赖于莫尔条纹角度的精度。之前是通过迭代算法在亚像素域中寻找莫尔条纹频谱的最大值点来计算莫尔条纹的角度。然而实验过程中得到的莫尔条纹往往会出现不同程度的弯曲和畸形,这会大大影响这种方法的测量精度。从改进测算角度算法这个角度出发,针对傅里叶变换后的频谱图,基于模板匹配的思想,对各种莫尔条纹进行二维正态分布拟合,找出频谱点精确坐标,从而精确测量莫尔条纹角度。理论分析和软件仿真表明:这种方法具有高精度、高稳定等优点,能有效提高长焦距的测量精度。     

单光学系统全景环带立体成像技术

提出一种基于全景环带透镜(PAL)的新型全景环带立体成像系统。该系统含有两组同轴放置并成像于同一个传感器上的PAL单元,其成像圆为两内外相接的圆环。物体经过两个PAL单元分别成像于两个环中,通过三角测量法比较相同物体的像在两个圆环中的位置差异,可提取出物体的距离信息。这种新型的光学系统的中央盲区被其中一个PAL单元所利用,成为这个PAL单元的成像圆,增加了传感器像素的利用率。系统可提取立体信息的视场角为(60°~105°)×360°;提取深度信息的分辨率约为在500 mm范围内区域高于1 line/cm;为了使系统适用于较暗的光照环境下,其F#约为3。具体介绍了其设计过程,提取深度信息的方法和精度的分析过程以及实物和照片。     

基于Ronchi光栅Talbot效应的角度精确测量

提出了通过对Ronchi光栅的Talbot效应所产生的莫尔条纹周期的计量来测量小角度的方法。并在此基础上推导了角度的计算公式,分析了这种方法的测量精度。这种角度测量方法不需要转动部件且有速度快,精度高实时的特点。     

室温Si-玻璃直接键合技术研究

将表面亲水性处理过的玻璃和Si片在室温、大气的环境下干燥,进行温度为150C以下、时间为20～200h的预键合。预键合后,Si和玻璃基片表面能有显著的提高,水分子和Si表面Si-OH原子团中的O原子连在一起,OH团数量增加了许多,形成较多的H键。预键合的Si-玻璃基片在200C下退火．消除由Si、玻璃热膨胀系数和热传导系数差异引起的诱导应力。2基片的Si-OH间发生聚合反应．产生水及si-O键,使得基片键合的表面能得到了更好的提高、测量了室温键合时间对Si玻璃表面能力的影响以及退火时间对键合强度的影响。实验结果证明．这项技术对Si-玻璃器件的键合十分有效。