激光直写凹球面网栅的电控实现

凹球面网栅激光直写系统采用同心结构及稳光控制保证了光强不变,提出了周期纬线纬纬相交形成网栅的图形结构,应用调节角速度的控制算法,确保激光直写光斑在不同的纬度以不同角速度扫描,始终保持线速度和曝光量恒定,实现了在凹球面上以恒定曝光量激光直写网栅。分析了网格周期、角速度和纬线弧长等关键参数,设计了控制程序。在通光孔径60 mm的普通玻璃凹球面进行了多组激光直写试验,设定周期450 mm~800 mm,线速度1 mm /s ~20 mm/s,经显影、定影后由读数显微镜测得网格实际周期与设定周期误差在±3%以内,原子力显微镜测得线宽小于5 mm,线条侧壁陡直、平行,具有较好的均匀性,满足设计要求。     

同心扫描法制作凹球面等距网栅的误差分析

纬线与纬线相交可形成球面等距网栅,而采用"同心扫描"的运动方式可在凹球面上生成纬线。"同心扫描"要求直写物镜光轴、直写物镜水平转轴、工件回转轴和工件分度轴四轴交于工件凹面球心。采用两两相交误差几何分析的方法,得到了同心误差与离焦量和栅距误差的变化关系:随着同心误差增加,系统离焦量和栅距误差也增加,且二者的变化趋势基本一致。因为网栅线宽一般要求达到微米量级,与之匹配的栅距则往往为几百微米,所以栅距误差与栅距相比可以忽略,系统离焦量对网栅线宽的影响却必须认真考虑。采用几何光学基本公式对物镜系统的进一步分析表明,为了制作细且均匀的网栅线条,必须采用小光斑,而小光斑对应的焦深也小,从而要求离焦量小,对同心误差要求严格;反之,则可放宽对同心误差的要求。     

凹球面激光直写系统电控误差分析

高精度激光直写技术是光、机、电综合运用的前沿技术,广泛应用于精密仪器、设备等高新技术领域.而减小电控误差是凹球面激光直写技术的难点.介绍了凹球面自动调焦激光直写系统原理,分析了步进电机驱动的凹球面激光直写系统的电控误差,步进电机的步距误差,动态误差以及传动间隙空走误差等.同时给出了理论公式,并结合实例进行了精度对比分析;针对各个误差源,提出了提高步距角精度、避开共振频率、补偿空走误差等减小误差的方法.最后给出了激光直写纬线程序流程图.     

金属网栅结构参数设计与制作

研究了金属网栅结构参数对其光电特性的影响,并通过工艺实验结果测试,验证了分析计算成果。实验采用清洗、涂胶、光刻、显影、镀膜、去胶、电镀工艺流程,并用激光直写曝光代替掩模投影曝光。在MgF₂基底上制作出线宽7 μm,周期400 μm的金属网栅,在3~5 μm波段上透过率大于75％(基底透过率为83％)、电磁屏蔽效率大于8 dB。结果表明:采用等效电路模型分析雷达波垂直入射时金属网栅屏蔽效率;用等效膜理论分析斜入射对屏蔽效率的影响是有效和简便的,通过遮拦比分析中心零级能量变化来说明金属网栅对红外透过的影响;金属网栅的光电特性的矛盾可以通过减小网栅线宽与周期的比值来解决,网栅周期与屏蔽波段密切相关,因此减小线宽对于满足其光电性能要求更为重要。     

一种新型分度轴精度分析

采用激光直写技术在凹球面上生成等宽等间距的网栅图形,需要保证四轴同心.其中,分度轴作为工件装卡、定心的关键轴系,必须达到微米级的回转精度.为了降低主轴及轴套的加工难度,又能达到轴系回转精度的要求,设计中把轴承的内外环与主轴和轴套分离开来,轴承内外环与钢球采用过盈配合,而主轴与轴承内环之间和轴套与轴承外环之间均采用过渡配合,通过轴端压盖紧固的方法,可以保证轴系的回转精度.     

高透光率感性网栅膜的电磁屏蔽

在确保制作感性网栅膜后光学窗红外透射率下降小于5%的前提下,研究了影响感性网栅膜电磁屏蔽特性的主要因素。归纳了感性网栅膜红外透射率公式,运用含阻抗边界条件的谱域Galerkin法推导了周期结构金属网栅的电磁场积分方程,用周期矩量法计算出网栅的反射系数及透射系数,进而求出其电磁屏蔽效能;计算并分析了采用不同线宽、周期、衬底材料、衬底厚度时透明导电光窗(金属网栅膜)的电磁屏蔽效能。最后,采用激光直写、真空镀膜等工艺在ZnS基底上制作了周期为360 μm×360 μm、线宽为12 μm,方块电阻分别为13 Ω、25 Ω的样片,采用自由空间法测试了2~18 GHz频段的电磁屏蔽效能。测试与分析结果表明:当感性网栅膜在8~10 μm波段引起的平均透射率下降小于2%的情况下,电磁屏蔽效能平均达到了20 dB以上。结果显示网栅的光电特性是矛盾的,线宽与周期越小电磁屏蔽效果越好,同时应尽量降低网栅的表面电阻。     

工作台各速度段激光直写二元图案

为了进一步提高直角坐标激光的直写效率,提出了一种扫描工作台各速度段进行激光直写二元图案的方法。该方法用扫描工作台的位置反馈脉冲同步触发激光束曝光光刻胶,实现像素点的理想位置曝光;而且依据扫描工作台的运动特性和匀速直写时各像素点获得的曝光量情况,对处于扫描工作台加、减速度段的像素点的曝光强度进行调制,保证需要曝光的像素点对应的每一个位移分辨力距离上所获的曝光量与扫描工作台匀速运动时相同,从而保证扫描工作台速度连续变化的情况下激光直写能获得预期的曝光效果。仿真实验表明:以5mm×5mm曝光图案为例,该方法所需的直写时间是传统只在匀速段直写的77.77%;同时配备的声光调制器由16位降为12位时,扫描工作台整个加速段直写产生的曝光量相对误差由0.4%上升为10%。     

倾斜入射条件下衬底对金属网栅屏蔽特性的影响

提出了双层膜系分析方法,该方法采用独立网栅等效薄膜模型,将网栅对衬底干涉的影响引入分析,克服了Kohin方法仅考虑衬底干涉的不精确性,并避免了其分析独立网栅的透波率公式在高频和大入射角时存在的不准确性。用紫外光刻在石英衬底上制备了周期为320 μm,线宽为4.5 μm的网栅,测得S波30°入射时12~18 GHz的屏蔽效率大于16 dB,略低于理论值但变化趋势一致,证实了双层膜法的有效性。进而分析衬底影响表明:入射为S波及小于衬底布儒斯特角θ_B的P波时屏蔽效率降低,而入射为大于θ_B的P波时屏蔽效率反常增加;屏蔽效率变化最大值随入射角变化;优化衬底厚度可在不影响网栅透光能力的同时获得最佳屏蔽效果。     

高通光率金属网栅屏蔽效率分析的等效折射率模型

基于Ulrich半实验方法、LZ等效电抗模型和Kohin等效膜方法,建立了一种新型的高通光率金属网栅屏蔽效率分析的等效折射率模型。该模型精确地建立了金属网栅的等效折射率与其结构参数和边界材料折射率的关系,便于分析电磁波任意入射方向时的金属网栅屏蔽效率,并可克服Chen倾斜模型在分析高通光率金属网栅屏蔽效率时的失效问题。为验证建立模型的有效性,用紫外光刻法制备了周期320 μm、线宽4.5 μm和周期160 μm、线宽5.5 μm的两种网栅,并用微波网络分析仪测试了12~18 GHz波段的屏蔽效率。实验与分析表明:建立的新模型的原理计算误差＜2 dB,优于Chen模型和LZ模型的8 dB的原理计算误差和Ulrich模型的4 dB的原理计算误差,说明新模型能更精确地分析高通光率金属网栅的屏蔽效率。     

一种实用的球面车磨机床恒速切削方法

在机床设计制造中如果机械电气能融为一体 ,那么机床的结构和功能就能在原有基础上再上一个等级。我们生产的球面车磨床 C6540的恒速切削功能就是靠机械和电气共同完成的 ,该机床现已交付用户使用。1　设计原理　　机床为集中传动运动方式。进给速度大小与主轴转速成一定正比。球面车磨床加工如图 1所示 ,工件为球体 ,刀具沿球体表面加工。恒速切削即刀具与球体表面加工点的线速度为恒定值 ,线速度 V =πDn60× 10 0 0( m / s)。沿着刀尖加工轨迹工件直径是变化的 ,因此 ,要求工件转速应随之改变 ,以保证线速度 V为恒定值。工件直径 D( mm…     

Realization of autofocusing system for laser direct writing on non-planar surfaces

This paper presents an autofocusing system for laser direct writing on non-planar surfaces, including focus error signal detection and focusing control. The focus error signal detection is based on modified confocal techniques, which features easy implementation, independence of the tilt angles of non-planar surfaces, and excellent suppression of common-mode noise or variable system factors. We also present a macro/micro dual-drive mechanism and its synchronous operation for focusing control on non-planar surfaces. Finally, a performance evaluation of the autofocusing system is presented. The uniform line width of 2.1 μm for a pattern on a convex spherical substrate with a curvature radius of 100 mm shows the autofocusing system performs well.     

直角坐标激光直写的动态曝光模型

在兼顾胶层的光吸收特性、直写光束的高斯分布特征以及直写光束与胶层相对运动的情况下,建立了直角坐标激光直写的动态曝光模型以有效预测线条的线宽和侧壁角.仿真实验表明:以恒值高斯光强曝光时,该模型与等效仿真条件下的Dill曝光模型仿真结果完全一致.进一步证明了该模型的有效性和正确性,解决了目前在激光直写中存在的只能预测线宽或在忽略光刻胶吸收作用的情况下粗略估计直写线条轮廓的问题.同时,基于该模型分别分析了直写光功率和直写速度对线条轮廓的影响机理,为优化激光直写工艺的加工参量提供了一种有效的分析途径.     

激光直写中误差校正迭代方法的改进(英文)

为了进一步校正激光直写中的邻近效应,对误差校正迭代方法进行了完善。用虚拟的高分辨力声光调制器对直写图案进行校正,然后将曝光量数据转换圆整为低分辨力声光调制器对应的曝光量数据,消除了低分辨力声光调制器校正直写图案时出现的退化现象;调制各误差区域重心最邻近光点的曝光量,以整体图案误差最小为判断标准进行串行寻优,解决了当被调制光点附近的图案正、负误差个数相等时无法进一步校正的问题。以无心方框图为例进行的仿真实验表明,使用低分辨力声光调制器时,改进的误差校正迭代方法能用于校正邻近效应,校正后图案误差相对原始误差减小了91.78%;使用高分辨力声光调制器时,图案误差相对原始误差减小了92.32%,继续应用本文方法校正后,图案误差相对原始误差可又减小1%。     

高透光率金属网栅微波/红外二色波组合器

为了实现微波/红外半实物仿真技术中的信号耦合,提出了一种基于高透光率金属网栅的宽频段二色波组合器结构,并建立了金属网栅二色波组合器的微波反射特性和红外透射特性分析模型。为了验证基于高透光率金属网栅的二色波组合器的可行性和分析模型的有效性,利用激光直写工艺在锗基底上制作了金属网栅二色波组合器样片;为了减小倾斜入射时不同极化情况下微波反射率的差异,金属网栅垂直极化和平行极化方向的周期分别设为500μm和400μm。在微波暗室中测量了金属网栅二色波组合器样片在12～18GHz频段的微波反射率,并利用傅里叶红外光谱仪测量了样片在10～12μm波段的红外透射率。计算和测量结果显示,高透光率金属网栅二色波组合器的微波反射率优于-1.5dB,红外透射率约为83%,表明高透光率金属网栅可用作一种新型的宽频段微波/红外二色波组合器。     

The influence of misalignments on mesh performances of hypoid gears

A new method for tooth contact analysis in mismatched hypoid gears is applied for the investigation of the influence of misalignments of the mating members on mesh performances. By using the corresponding computer program, the influence of running offset error, pinion’s axial adjustment error, and angular position errors of the pinion axis on the shape and position of path of contact and of potential contact lines under load, on separations along these contact lines, on angular displacements of the gear member, and on the variation of the angular velocity ratio through a mesh cycle, have been determined. The results obtained have shown that the position errors of the mating members cause edge contact on the tip of the pinion or gear tooth, worsen the conjugation of the contacting tooth surfaces, and considerably increase the angular displacements of the gear member and the angular velocity ratio variation through the whole mesh cycle, that considerably worsens the mesh performances.     

聚合物微流控芯片激光加工及建模研究

在CO2激光直写聚合物PMMA微流控芯片加工原理基础上，对建立激光直写PMMA微流道的数学模型进行了研究。采用能量守恒原理对激光直写PMMA微流道成形进行分析，结果表明其微流道的形状呈高斯函数型分布，并获得了微流道深度与激光功率、加工速度及加工次数的函数关系模型。实验数据较好地验证了所建模型的正确性，该模型对CO2激光直写聚合物微流控芯片的加工参数选择具有较好的指导作用。