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基于相位调制的飞秒激光微纳米加工技术研究

作　者: 何冀军
导　师: 王翔
学　校: 中国科学技术大学
专　业: 精密仪器及机械
关键词: 飞秒激光双光子固化微加工超分辨相位调制蒙特卡罗方法
分类号: TG665
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

飞秒激光加工具有加工分辨率高,真三维加工能力等特点。而飞秒激光加工的固化单元点的高宽比较大,影响其加工三维分辨率的提高。超分辨技术是一种使聚焦光斑小于艾利斑,提高光学加工分辨率的技术。本文在863计划先进制造技术领域极端制造技术专题支持下(基于超快激光的非硅三维微纳米加工技术:2006AA04Z311)利用超衍射理论,采用理论计算与实际实验相结合的方式,对飞秒激光加工能力做了进一步改善,主要工作内容包括:1、分析飞秒激光的超衍射原理,对相位型调制的超分辨能力进行分析计算,运用遗传算法进行参数优化,分别设计并制作了具有高宽比优化能力和线宽优化能力的超分辨相位调制片;2、用飞秒激光加工实验系统对相位调制片的超分辨能力进行了实验分析,分别得到了高宽比优化和线宽优化后的固化单元,且对于固化单元的高宽比和固化加工线宽实现了10% ~ 20%的改善;3、利用蒙特卡罗方法进行理论建模与实验分析,并分析了相位调制前后的聚焦光斑空间分布变化以及材料参数的变化对飞秒激光固化单元的影响;4、利用两种不同特性的光敏树脂材料进行了微结构的加工,分析了各种材料特性对于加工微结构的影响。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第1章绪论  8-18
  1.1 微细光加工技术概述  8-12
    1.1.1 微细光加工技术及其研究现状  8-10
    1.1.2 微细光成型技术的研究现状及应用  10-12
  1.2 飞秒激光双光子加工技术概述  12-15
    1.2.1 飞秒激光双光子反应原理  13-14
    1.2.2 双光子微细光成型技术  14-15
  1.3 超分辨技术概述  15-16
    1.3.1 超分辨技术的研究现状  15-16
  1.4 蒙特卡罗仿真算法简介  16-17
  1.5 本文的主要研究意义、内容和方法  17-18
第2章飞秒激光超衍射计算  18-34
  2.1 飞秒激光加工超衍射的原理  18-25
    2.1.1 幅值调制超衍射  21-23
    2.1.2 相位调制超衍射  23-25
  2.2 相位调制超衍射计算  25-34
    2.2.1 遗传算法简介  25-27
    2.2.2 以最优高宽比为目标的相位调制超衍射优化计算  27-31
    2.2.3 以最优加工线宽为目标的相位调制超衍射优化计算  31-34
第3章飞秒激光超衍射的实验研究  34-55
  3.1 飞秒加工实验系统  34-36
  3.2 飞秒激光双光子固化机理  36-38
  3.3 相位调制片的制作  38-42
    3.3.1 材料的光透过率  38-39
    3.3.2 圆环型相位调制片的制作  39-41
    3.3.3 相位调制片工艺参数测定  41-42
  3.4 相位调制片对于光强分布的调制效果测量  42-43
  3.5 基于高宽比优化相位调制的固化实验与分析  43-49
  3.6 基于线宽优化相位调制的固化实验与分析  49-50
  3.7 将相位调制应用于双光子微器件加工  50-55
    3.7.1 双光子微加工扫描移动平台及其控制系统  50-51
    3.7.2 双光子微器件加工  51-55
第4章双光子固化过程的蒙特卡罗模拟  55-63
  4.1 飞秒激光双光子固化模型  55-58
    4.1.1 双光子固化模型的建立  55-57
    4.1.2 影响双光子固化参数的确定  57-58
  4.2 双光子固化蒙特卡罗建模  58-63
    4.2.1 蒙特卡罗建模计算  59-61
    4.2.2 蒙特卡罗算法计算结果的讨论  61-63
第5章几种不同材料的双光子加工特性  63-67
  5.1 SU-8 材料的微器件加工  63-65
  5.2 S-3 材料的微器件加工  65-67
第6章总结与展望  67-69
  6.1 论文总结  67
  6.2 前景展望  67-69
参考文献  69-72
致谢  72-73
在读期间发表的学术论文与取得的研究成果  73

基于相位调制的飞秒激光微纳米加工技术研究

内容摘要

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