应用于激光直写设备的转台自动测控系统

极坐标激光直写法是制作二元光学器件较有前途的方法,它对直写设备中的转台测控系统提出了许多特殊要求。本文介绍了一种满足这些要求的新型转台测控系统,它在工作过程中相当于上位机与转台之是的有外围接口。系统以ＭＣＳ－５１微处理机为核心,采用ＩＥＥＥ－４８８协议实现与上位机的通讯;能够根据上位机的要求,综合运用比例积分与测速微分反馈原理控制转台转速,以硬件为核心构成的模块,实现了曝光圈数控制及高精度测速。     

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.     

极坐标激光直写系统光轴和转轴对准的光栅反射对准法

提出一种光栅反射对准法:在极坐标激光直写系统中利用光栅反射聚焦光斑来校准光轴和工件台的转动轴;被光栅反射的聚焦光斑成像在CCD上。当聚焦透镜的光轴和工件台的转动轴存在对准误差时,如果转动光栅,激光光斑将在光栅上扫描出一个圆形轨迹。通过观测这个轨迹,能估算出光轴和转轴的对准误差并相应地做出调整减小对准误差。采用光栅反射法,现将光轴和转轴的对准误差减少到小于0.5μm。     

硅的准分子激光直写刻蚀微细加工特性研究

针对微机械三维结构对准分子激光直写微细加工的要求,在试验研究基础上,讨论了硅已加工表面形貌、加工热与热影响区等特性,得出了加工脉冲数、能量与刻蚀深度间的相互关系.     

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%。     

激光直写设备调焦伺服控制系统的研究

精密调焦伺服控制技术属于激光直写设备中的关键技术之一.简要介绍了二元光学激光直写设备的工作原理,分析了调焦伺服实现的方法,重点分析了由电机与压电陶瓷构成的大范围二级调焦伺服系统的工作原理.提出了采用两点探焦法解决刻划时焦点的跳动问题,采用归一化处理消除光强波动对调焦精度的影响.最后,给出经过这些方法改进后的调焦特性曲线.     

激光直写制造石墨烯基柔性电子器件的研究进展

柔性电子器件相对于传统电子器件,拥有独特的柔性和延展性,能够在一定程度上适应不同的工作环境,满足设备的形变需求.石墨烯是开发柔性电子器件的理想材料.然而,传统的石墨烯加工技术大多涉及高温和化学溶剂,存在着成本高,工艺线路复杂和环境污染等问题,并不适合未来产业发展.激光直写(Laser direct writing,LD...     

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,应用调节角速度的控制算法以及周期纬线纬纬相交形成网栅的图形结构,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的普通玻璃凹球面上进行了多组激光直写试验,设定周期450~800 μm,线速度1~20 mm/s,经显影、定影后由微米级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 μm。结果表明:采用同心结构及稳光、调速控制保证凹球面网栅激光直写系统的曝光量不变,线条侧壁陡直、平行,具有较好的均匀性,满足了设计要求。     

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.     

基于PZT微驱动的激光直写自动调焦系统动态特性分析

为提高激光直写调焦系统的稳定性和响应速度,从弹性力学角度出发,对调焦执行机构微动台进行了力和位移关系的建模,并全面分析了其动态响应特性,动态特性分析为P ID调节提供了理论依据。在P ID校正中着重加强微分超前调节作用,缓解了系统相位滞后的问题,从而使系统得到较好的稳定度和响应速度。通过激光直写试验验证调焦系统的调焦精度为0.2μm。     

同轴单棱镜整形研究

半导体激光器广泛地应用在国防、商业、工业等领域,对其光学准直是一项重要的工作。介绍一种新的半导体激光整形系统——同轴单棱镜整形系统,详细地叙述了单棱镜的设计原理。与其它整形系统比较,该棱镜具有设计、加工和装调简单等优点,最大的优点还能保证光束同轴。最后以一个θ⊥×θ∥=25°×11°半导体激光器为例子,设计一个2.5×单棱镜同轴整形系统,通过软件模拟计算与实际计算结果比较,结果基本相符,证明了设计方法的正确性。     

投影光刻离轴照明用衍射光学元件设计

离轴照明（OAI：Off-axis Illumination）作为一种重要的分辨率增强技术（RET：Resolution Enhancement Technology）被广泛的应用于投影光刻系统。使用衍射光学元件（DOE：Diffractive Optical Element）作为光刻照明系统的光束整形器件,能够在保持较高照明效率的基础上精确控制离轴照明光束的形状及光强分布。本文利用基于傅立叶变换的分步迭代方法进行了该类DOE的优化设计。DOE采用了多台阶位相结构,设计所得8台阶DOE设计结果分别实现了偶极、四极、环形及Bulls-Eye等照明方式,其照明效率都达到了80%以上,与目标光强分布的均方根偏差均小于7％。     

激光测距系统整形模块和低通滤波模块优化设计

由于减小相位式激光测距系统的鉴相误差可提高测距精度,本文对鉴相器前置整形模块和后置滤波模块进行了优化设计,以提高鉴相精度.针对整形模块,引入了迟滞比较器,克服了传统开环比较电路在实际噪声条件下存在的多重触发缺陷,解决了鉴相器输出方波高电平宽度不稳定的问题.针对滤波模块,介绍了基于MC4044鉴相芯片的两种典型放大/滤波电路及其缺陷,使用FilterPro软件设计了4阶有源低通滤波器,并说明了它相对于典型设计的优势.实验结果表明:相比于开环比较器,本文设计的迟滞比较器避免了接地(GND)噪声引起的多重跳变现象,输出方波的上升沿时问由1.66μs下降为108 ns;与基于MC4044的两种典型放大/滤波模块设计相比,本文设计的低通滤波电路克服了输出DC电平值非线性变化的缺陷线性度(R2)值由0.908 3提高至0.999 9)和灵敏度较低的缺陷(转化增益常量提高了96.5％),而输出DC电平上的干扰信号峰峰值则由50～230 mV下降至10～ 20 mV,有效减少了后级的A/D采样误差,提高了鉴相精度.     

激光加工用半导体激光器的光束变换

考虑不同的激光加工方式对激光功率密度和激光光斑尺寸的要求不同,研究了如何通过调整光路设计实现各种尺寸的聚焦光斑输出,使半导体激光器满足不同激光加工方式的需求.利用ZEMAX光学设计软件模拟半导体激光光路,包括光束整形、准直、聚焦等光束变换方式,实现了多种尺寸的光斑输出.实验中采用16个bar叠加而成的980 nm半导体激光叠阵,阈值电流为6.4A,最大工作电流为84.8A,最大输出功率为1 280 W,总的电-光转换效率为58.9％.准直后快轴的发散角小于4 mrad,慢轴的发散角小于20 mrad.通过实验对该激光叠阵进行光束整形和扩束准直、聚焦,最终实现了功率为1 031 W的激光输出,聚焦镜焦距为300 mm时的聚焦光斑尺寸达1.2 mm×1.5 mm,功率密度达3.8×104 W/cm2,可以用于金属的表面重熔、合金化、熔覆和热导型焊接.     

808nm千瓦级高效大功率半导体激光光源

提出了一种新型光束整形技术,该技术通过平行平板玻璃堆实现光束的分割、平移、重排,从而改善半导体激光的光束质量.该试验采用自主设计的中心波长为808 nm,连续输出功率为60 W/bar,填充因子为30 %,具有19个发光点,每个发光点尺寸为1μm×135μm的20层半导体激光叠阵,通过望远镜系统对慢轴方向进行扩束后用一...     

半导体激光阵列光束整形技术研究进展

光束整形作为提高半导体激光阵列光束质量的有效手段,近年来得到了人们越来越多的关注。综述了几种典型的半导体激光阵列整形技术,详细介绍了近年来半导体激光光束整形的最新进展,分析了各种整形方法的技术特点,总结了半导体激光阵列整形技术的发展趋势。     

用于光学相干层析系统的三反射镜光束整形扫描机构的光学设计

为了实现高斯圆斑向平顶线斑的转化,提出了一种用于高斯光束整形的三反射镜光学系统。利用环形面对两个相互垂直方向的光线会聚、发散作用不同,标准球面具有旋转对称性质,以及二次曲面系数、非球面系数可以实现高斯分布转化为平顶分布的原理,采用ZPL语言与自动优化结合的方法完成了系统设计。设计得到了一个方向平顶的矩形光斑以及平顶线斑,整形效果良好,并结合在光学相干层析(OCT)系统中对样品照明或扫描的实际要求,通过小角度(±2°)旋转系统第一个反射镜对所得线斑进行扫描,在扫描角度内可以实现线性扫描(扫描范围约为10mm×11mm)。结果表明,该三反射镜系统满足轻量化、结构紧凑、不受工作波长影响的要求,是一种可行、有效的方案。     

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%。