玻璃表面嵌入式亚微米金属线的制备

提出了一种在玻璃表面制备嵌入式亚微米金属线的方法。首先利用飞秒激光直写技术在玻璃表面烧蚀出亚微米线宽的凹槽,然后采用连续流化学镀工艺在样品表面沉积金属薄膜,再经过热处理和机械抛光,可实现玻璃表面嵌入式亚微米线宽金属结构的可控制备。将飞秒激光烧蚀的阈值效应与连续流化学镀相结合,可制备出最小线宽约为0.66μm的金属银线。四探针法测试结果表明,制备的亚微米金属银线具有良好的导电性,其电阻率约为体积银电阻率的1.2倍。     

上海光机所研制成功多路并行激光直写系统

2010年11月,上海光机所周常河研究员课题组成功研制出多路激光直写装置。该装置采用405nm的蓝光激光光源．尼康0．9数值孔径的透镜,以及自动聚焦系统,实现了25路高精度并行激光直写,刻写光斑的线宽小于600nm。相比于传统激光直写系统,该装置在刻写速度和效率方面有了很大的提高,几十倍地缩短了激光直写时间,可以快速制作大尺寸、高精度衍射光学元件。     

基于边缘光抑制技术的双光束激光直写纳米光刻系统

利用边缘光抑制技术,设计并研制了一套双光束激光三维直写光刻系统。该系统含有高速扫描振镜和三维纳米压电平台两组扫描机构,可以根据不同加工需求完成多种扫描模式下的微纳结构制造。分析了光刻光束中激发光与抑制光的能量变化对加工精度的影响,通过对光刻光束能量的精确控制,实现了基板表面最小线宽为64 nm的均匀线条和线宽为30 nm的悬浮线的稳定加工,加工结构的线宽变化符合理论预期。该系统在进行实用器件加工时,最高加工产率可达到0.6 mm²/min。使用该系统加工制造了多种微纳结构,证实了其具备加工大深宽比周期结构、复杂曲线结构和不规则三维结构的能力。     

微喷射技术制备的化学镀金属银线微结构

采用一种称为微喷射的新方法制备了微米尺度金属银线。在该方法中,用压电陶瓷驱动器提供的微振动实现微喷嘴内部液柱的均匀破碎和喷射,并通过微喷射系统,把银氨溶液和还原剂溶液喷射到基材表面。采用金属化学沉积技术,在室温下还原出金属银,并沉积在指定的位置。构建的微喷射系统具有脉冲可控和喷射量可控的特征,并且能够实现皮升(picoliter)到飞升(femto-liter)级的微量液体的喷射,因此能够在玻璃基材上获得致密的金属银线,线宽可以按照需要在数微米至数百微米范围内调整。该方法可以在平面或曲面上直写微电路制作微型PCB线路板。由于镀层的可叠加性,该技术还可以用于三维金属微构件的制造。     

基于湿度刺激响应水凝胶的飞秒激光四维打印研究

开发了一种具备湿度刺激响应的复合水凝胶前驱体,并利用飞秒激光双光子聚合技术,对该智能响应水凝胶材料进行三维微纳成形制造。系统研究了激光功率和直写速度对该水凝胶材料成形中的线宽、墙高、溶胀度以及机械模量的影响规律,进一步通过对双层结构的有限元仿真和直写结构的设计,实现了三维微纳结构在外界环境刺激下的可控形变。理论计算和实验结果表明,激光功率和直写速度能实现对智能水凝胶材料三维成形和结构性能的精确调制,实现了双层水凝胶微结构的自主可编程形状转换,推动了微纳软体机器人和精细组织工程的发展。     

激光直写制备厚膜导体技术研究

采用激光微细熔覆直写布线的方法在陶瓷基板上制备高密度厚膜导体。导体具有光滑平整的表面、高分辨率(最小线宽30 靘)、高附着强度、良好的电气性能,优良的可焊性,且不需要掩模,因此相比传统丝网印刷工艺更灵活更经济。研究了预置涂层厚度、激光功率密度和激光扫描速度对导体线宽的影响,提出了最佳工艺参数范围:涂层厚度4~15 mm,激光功率密度1~4.8 W/mm2,扫描速度<35 mm/s。所得线宽为30~150 mm。并分析了陶瓷板上激光直写布线的机理。     

液晶光学相控阵子阵列寻址电极的加工工艺

基于液晶光学相控阵(LCOPA)电极基板的子阵列连接方案,利用电子束直写和激光直写混合光刻技术,进行了通光区域电极条纹、外围电路和子阵列联络孔的微纳米加工工艺研究。结果表明利用激光直写技术,可以形成最小线宽0.5μm的液晶光学相控阵电极图案,曝光时长48 min,具备可制造性。利用富含导电颗粒的SX AR-PC5000/90.1涂层,可以有效解决电子束在绝缘玻璃基底上直写时由电荷积累所产生的电子束曝光场拼接偏移与火花放电等问题,保证了电子束直接曝光子阵列电极上下导电层之间的联络孔套刻精度。利用特定电子束直写对准标记,解决了绝缘体表面在混合光刻中套刻对位精度问题。     

脉冲光纤激光直写金属薄膜电阻实验研究

目前激光直写膜电阻时,所加入的辅料容易造成杂质污染,膜的厚度和粗糙度难以降低。为减少杂质污染,降低膜厚和表面粗糙度,改善激光直写微电路性能,进行了透射式激光直写金属薄膜电阻的实验研究,分析了薄膜线宽与激光光斑能量分布特点的关系,获得了线宽低于光斑直径的导电薄膜。实验表明,扫描速度的增加或离焦量的降低会导致光斑重叠率和导线宽度减小。同时,过高的功率会使薄膜受到烧蚀破坏,功率过低则难以将靶材充分熔化附着在玻璃基板上。相比之下,锌膜颗粒尺寸较为均匀,而Al/Zn混合膜的颗粒尺寸不一致。     

双光栅外腔半导体激光器压窄技术的研究

介绍了利用双光栅外腔结构对650 nm半导体激光器输出激光进行选模、线宽压窄及波长调谐的 研究。获得了最窄线宽<0.01 nm的单纵模激光输出,实现了波长调谐范围约8.4 nm。     

高功率窄线宽全光纤结构掺铥连续光纤激光器

报道了高功率、窄线宽、全光纤结构的2μm波段掺铥连续光纤激光器。该掺铥连续光纤激光器采用了主振荡功率放大(MOPA)结构设计,通过采用790nm的多模半导体激光器抽运双包层单模掺铥光纤,获得了稳定的中心波长为1963nm的窄线宽、连续激光输出,最大输出功率为20mW。利用该低功率连续激光作为种子源经过两级掺铥光纤放大器后,平均输出功率达到了22W,相应的斜率效率为44%,激光中心波长为1963nm,3dB光谱线宽仅为0.24nm。     

双光栅外腔半导体激光器压窄技术的研究

介绍了利用双光栅外腔结构对650 nm半导体激光器输出激光进行选模、线宽压窄及波长调谐的研究.获得了最窄线宽＜0.01 nm的单纵模激光输出,实现了波长调谐范围约8.4 nm.     

掺镱光子晶体光纤激光器谐振腔的实验研究

为了对光纤激光器的谐振腔进行优化,研究了976nm半导体激光器后向抽运掺Yb3+双包层光子晶体光纤在不同腔结构下的输出特性。在实验中分别采用平面镜和平凹镜作为后腔镜对谐振腔进行了研究,利用平面镜做后腔镜时,存在模式竞争现象,激光输出线宽约10nm,激光输出斜率效率为9%;而利用平凹镜做后腔镜时,模式稳定,激光输出线宽约5nm,激光输出斜率效率为11%。结果表明,利用平凹镜做后腔镜时,激光器的模式更稳定、线宽更窄,并且效率更高。     

微型笔直写制备厚膜阻性元件技术研究

为了实现电子元器件的快速制备,设计并实现了一种微型笔直写装置。利用该装置进行了电阻浆料的直写制备。研究了直写电阻元件的工艺特点、表面形貌和性能。得到了优化的工艺范围:笔头通径100～450μm,笔头到基板表面距离8～20μm,电阻高温烧结之后线宽100～500μm,膜厚5～15μm。所直写的电阻边缘整齐,表面较平整,烧结后,方阻约为0.92 kΩ/□。     

飞秒激光诱导金属银纳米布线加工精度的研究

对飞秒激光诱导银纳米布线的加工精度进行研究,并将其应用于微纳器件的加工领域。对飞秒激光与银离子前驱体溶液的相互作用进行了实验,通过对飞秒激光功率、曝光时间、前驱体溶液中表面活性剂种类以及浓度的调控,利用扫描电子显微镜对布线结构进行表征,得到140nm宽的银纳米线。利用飞秒激光制备出一组银微纳图案和微型催化反应器。该研究为银微纳结构图案制备以及复杂衬底上金属功能器件集成提供了新的技术。     

环形腔高掺Er3 窄线宽光纤激光器实验研究

报道了采用光纤光栅（FBG）短直腔选频结构的环形腔窄线宽光纤激光器。采用约3m长高掺Er^3光纤，LD抽运阈值功率约为11mW，在25mW976nm有效抽运功率时输出信号功率为2．65mW，斜效率约为15％；输出激光3dB线宽小于0．01nm，20dB线宽小于0．04nm，边模抑制比（SMSR）为48dB；观察到输出信号光波长漂移范围为0．06nm。     

掺镱光子晶体光纤激光器谐振腔的实验研究

为了对光纤激光器的谐振腔进行优化,研究了976nm半导体激光器后向抽运掺Yb3+双包层光子晶体光纤在不同腔结构下的输出特性。在实验中分别采用平面镜和平凹镜作为后腔镜对谐振腔进行了研究,利用平面镜做后腔镜时,存在模式竞争现象,激光输出线宽约10nm,激光输出斜率效率为9%;而利用平凹镜做后腔镜时,模式稳定,激光输出线宽约5nm,激光输出斜率效率为11%。结果表明,利用平凹镜做后腔镜时,激光器的模式更稳定、线宽更窄,并且效率更高。     

聚酰亚胺基底上双光子直写负性光刻胶

近年来,聚酰亚胺薄膜因其良好的柔韧性、透明度、耐辐射等优点,逐渐成为制备柔性电子器件的重要材料.利用飞秒激光双光子直写技术,以聚酰亚胺薄膜为基底,对负性光刻胶进行加工.研究发现线条分辨率随着激光功率的降低和扫描速度的增加而提高,并获得了115 nm最小线宽.柔韧性测试实验表明,在聚酰亚胺薄膜上制备的亚波长线条具有很好的...     

温控体布拉格光栅外腔单管半导体激光器

为了研究铷蒸气激光中的线宽匹配技术,基于半导体制冷片(TEC)的温度控制技术设计了窄线宽可调谐单管半导体激光器.利用半导体激光器的温度漂移特性,使LD的激光光谱中心波长在780 nm附近(工作温度-6℃),采用体布拉格光栅(VBG)外腔结构改善了LD的激光光谱,获得了功率1.448 W线宽0.13 nm的激光输出.通过调节VBG的温度,LD波长可从779.28 nm调谐至780.13 nm,调谐范围达850 pm.     

飞秒激光直写金属反射光栅的实验研究

提出了利用800 nm的飞秒激光在Ni金属表面直写反射型衍射光栅的新方法.研究了激光刻写速度、激光功率以及光栅周期等实验参数与直写出的反射光栅衍射效率的关系.在现有实验条件下,由50 fS激光脉冲单光束直写获得的Ni质金属反射光栅的一级衍射效率η为7.47%.     

基于飞秒激光直写FBG的C+L波段掺铒光纤激光器

提出并设计了一种基于飞秒激光直写制备光纤布拉格光栅阵列的C+L波段掺铒光纤激光器,实现了波长可切换的单波长及双波长激光输出。采用飞秒激光透过聚酰亚胺光纤保护层在纤芯直写的方法,分别实现周期为538、542、547 nm的光纤布拉格光栅刻写,单个光栅栅区长度3 000 m。作为选频器件的光栅阵列反射波长分别为1 555.5、1 569.6、1 583.8 nm;选用长度为3 m的C波段和10 m的L波段掺铒光纤组合作为激光器增益介质,结合泵浦源、光纤布拉格光栅偏振控制器及宽带全反镜构成线形腔结构光纤激光器。实验结果表明:激光器工作阈值为35 mW,通过调节偏振控制器能够实现1 555.4、1 569、1 583.2 nm单波长激光可切换输出,激光3 dB线宽0.05 nm,边模抑制比大于35 dB;实验中分别对单波长激光的光谱稳定性进行了测试,10 min内最大功率波动小于0.98 dB;通过调节偏振控制器可分别实现1 569、1 583.2 nm以及1 555.4、1 569 nm双波长激光同时输出,在10 min监测时间内,输出激光功率变化分别小于1.14 dB和4.48 dB。