准分子激光微制造技术及其应用

比较分析四种微加工工艺的基本特征和技术难点,简述准分子激光与Nd：YAG激光微制造技术的特点和应用范围。结合华中科技大学准分子激光微制造工作站的建设及其在微钻孔、微切割等方面的实际应用,分析准分子激光在MEMS(微机电系统)键合、焊接、封装过程中应用的可能性。     

基于准分子激光器的压电陶瓷微结构加工北大核心CSCD

利用波长为248nm的氟化氪(KrF)准分子激光器加工了掺镧锆钛酸铅压电陶瓷(PZT)、硅(Si)和聚二甲基硅氧烷(PDMS),研究了准分子激光对这3种材料的加工效果。为了解决传统切割工艺加工PZT膜片时易发生破裂的问题,研究了准分子激光加工PZT微结构的性能。通过调整准分子激光器的激光脉冲能量、脉冲频率、扫描速度及扫描次数等参数,获得了加工参数及其与PZT沟槽加工深度和宽度的关系。研究了辅助气体对准分子激光加工PZT表面粗糙度的影响。用准分子激光器制备了基于PZT-Si复合材料的微悬臂梁和微膜片,并测试了其压电性能。结果表明,利用准分子激光器加工的2种PZT微压电结构具有良好的压电性能,可作为微压电驱动器的关键器件,验证了用准分子激光器加工PZT微结构的可行性。     

基于LabVIEW的准分子激光器控制系统

为了实现基于准分子激光光源的应用系统集成和激光的功能扩展，设计了一种新型的准分子激光器控制系统，PC端基于LabVIEW软件实现人机交互，激光端基于微控制单元(MCU)主控模块控制硬件电路及检测传感器信号等，LabVIEW与MCU采用光隔离的RS232通讯，通过虚拟仪器实现计算机对准分子激光器的实时监测和控制。结果表明，该系统结合PC端的良好人机交互以及MCU端高效稳定实时控制等特点，有效地实现了放电激励准分子激光器强电磁干扰下的整体控制系统的设计。该研究对基于准分子激光光源的应用系统的集成和功能扩展有参考意义。     

准分子激光微加工技术结合模塑技术加工微流控芯片

利用准分子激光微加工技术与模塑技术相结合的方法制造微流控芯片。用准分子激光在玻璃基胶层上刻蚀出加工质量较高的微流控生物芯片形貌,通过电铸技术对微流控芯片进行复制,得到反向金属模具。用金属模具通过注塑成型技术用聚碳酸酯注塑出微流控芯片。系统研究了准分子激光的能量密度和工作台移动速度对胶层微通道加工质量的影响;测量并分析了激光刻蚀加工出的微流控芯片原型、电铸的反向金属模板和注塑成型后的微流控芯片的轮廓精度和表面粗糙度,上表面尺度偏差不大于2μm,底面粗糙度小于20 nm。对注塑出的微流控芯片和激光直写刻蚀的几何结构相同的微流控芯片的流动性能进行比较测试。在流速较小时,用激光微加工技术与模塑技术相结合的方法加工的微通道比准分子激光直写法所加工的微通道流动性能更好。     

准分子激光屈光治疗仪的能量稳定系统

介绍了准分子激光器在眼科屈光手术中的应用及治疗原理,分析了激光腔体大小、激光工作频率高低、环境温度变化以及人为因素等对准分子激光器能量稳定性和手术效果的影响,阐述了无能量稳定系统的准分子激光屈光治疗仪的系统组成和工作原理。根据自动控制原理,提出了提高准分子激光器能量稳定的设计方案,详细叙述了有能量稳定系统的准分子激光屈光治疗仪的控制原理。试验和应用都表明,有能量稳定系统的准分子激光屈光治疗仪在2小时的工作时间内,激光输出能量能稳定在5％以内,结果令人满意。     

激光光刻大面积扫描投影成像光学系统测试及评价

基于351nm XeF激光大面积投影成像光刻系统,通过对其光学系统包括光学照明系统和折叠投影系统进行光学性能测试。由激光经过柱面透镜、微透镜阵列均束器以及投影折叠物镜之后产生的能量及光束质量变化,将准分子激光光束均匀性评价指标部分运用到光学系统的评价之中,得到光学系统在不同关键位置的能量分布曲线以及平顶因子关系图,表明微透镜阵列均束器虽保证了整个光学系统各处光斑的均匀性,但衍射却造成了能量利用率的降低。同时,通过对印制电路板(PCB)和玻璃(ITO)进行曝光和显影实验,表明该双远心共焦投影光学系统,只要控制使均匀输出的能量符合曝光剂量,就能够满足分辨率的要求。     

光生物芯片的激光微加工

光生物芯片将光学和微流体元件以及半导体光辐射装置结合起来。它可以广泛利用包括聚合物、玻璃和薄金属膜层等合适的材料来实现低成本装置。激光精细加工是一项能够实现这些材料的亚微米分辨率加工的可行的理想的加工技术。本文描述了利用激光微加工技术来实现一些光生物芯片和元件等。这些装置利用微流体和电动方法来实现微生物细胞的控制和表征。受激准分子激光微加工技术已经在制造复杂的微电极阵列和微流体沟道中得到了应用。为了实现垂直腔面发射LED和激光器的光能够在芯片中传输,准分子激光器也在制造片上微光学元件（例如微透镜和波导）中得到了应用。超快脉冲激光器已经成功应用于构造晶片级的半导体光发射器件中。在实现这些有源晶片的表面图形化和体加工时能够保持其功能不变。本文主要介绍了超快激光器和准分子激光器在实现结构制作方面为晶片反应室内提供环状光照明的用途。该工作中采用的激光微加工技术仅需要很少的后处理,因此可以使得这些元件能够满足光生物芯片从少量到大量的生产。     

准分子激光微透镜整形均束装置

报道了248 nm准分子激光微透镜整形均束装置的研制结果。实际采集并拍摄了248 nm准分子激光光能量分布的彩色图像,使用Matlab分析处理该图像并提取了相关信息进行计算,通过光学软件ZEMAX模拟出符合实际准分子激光光能量分布的光源。通过分析空间光能量分布特征,设计并加工出一套适用于248 nm准分子激光的微透镜整形均束装置,且理论模拟和实际测试结果相吻合。248 nm准分子激光通过该光学系统整形均束后,可以在工作平面上得到一个约18 mm×18 mm的正方形光斑,光斑的能量均匀度误差(加工窗)在±2%以内,平顶因子为0.90,光能量通过率为85%左右,解决了248 nm准分子激光光斑形状不规则,且光斑能量分布不均匀的问题。该装置的研制成功,对于优质、高效地开展准分子激光微加工提供了具有自主知识产权的技术支撑。     

基于准分子激光工艺制作X射线光掩膜

LIGA工艺是一项能够应用于制造三维微机械结构的微细加工技术,但制作掩膜版工艺复杂、成本高。为了解决商用的微光学系统制造成本问题,在Au薄膜上用准分子激光直写的方法制作掩膜,这样既能够很快得到雏形,同时也能够降低制作的掩膜版的成本。分析讨论了基于电子束制作掩膜版和基于准分子激光制作掩膜版两种方法,得出了准分子激光制作的掩膜在成本和时间上都有优势的结论。将通过准分子激光技术制作的掩膜置于X射线下,在PMMA基板上可以加工很好的三维微结构。通过依次直接激光烧蚀金薄膜可以加工具有一系列微球状结构的吸收体图形,再将此图形转写到PMMA基板上,可以得到的最低像素为25μm。     

准分子激光加工PMMA生物芯片片基的实验研究

用准分子激光对高聚物材料进行微加工制作,可以得到比较理想的高聚物基生物芯片。采用248nm的KrF准分子激光器对PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)进行微细加工,探讨了准分子激光与PMMA相互作用的机理。进行了表面微通道制作和打孔实验,研究激光加工的工艺参数及加工质量的变化规律。结果表明,准分子激光蚀刻完全适合生物芯片的制作,而且加工过程简单,是一种行之有效的制作方法。     

PMMA基PCR微流控生物芯片准分子激光加工

采用准分子激光在PMMA基片上刻蚀加工出PCR微流控生物芯片,分析了准分子激光能量密度和工作台移动速度对微通道加工质量(深度及粗糙度)的影响,加工过程中选择较低的激光能量密度和较高的工作台移动速度,都有利于获得底面更加光滑的微通道。通过热键合的方法制备出完整的密闭式PCR微流控生物芯片。     

微机械加工系统

美国新罕布尔州的J.P.Sercel Associ-ates公司生产的IX—300微机械加工系统包括准分子激光器,平均功率为25W,脉冲重复频率为500Hz。系统尺寸为36×56in。整个系统包括小型准分子激光器、气体系统,花岗岩x/y工作台,光束传输系统。Windows-NT控制系统、2000X视频系统,电源和互锁     

用于白癜风治疗的308nm XeCl准分子激光系统

研制了一台用于白癜风治疗的308nm XeCl准分子激光系统。根据准分子激光器脉冲式放电的特点,设计了推挽式脉冲开关电源。实验研究了激光器脉冲重复频率、工作电压、气体寿命对激光输出能量的影响,并检测了激光输出脉冲能量的稳定性。通过自动反馈控制系统调整激光头放电工作电压实现输出激光能量的稳定。激光采用扩展型紫外液芯光纤传导,得到均匀性良好的治疗光斑,液芯光纤对308nm激光的传输效率约为70%。激光器脉冲重复频率1～200Hz,工作电压18～25kV,输出能量不稳定度小于4%。经光纤输出用于治疗的有效光斑直径22mm,脉冲能量密度2～3mJ/cm2。     

激光用于LED制造

激光在如今的LED革命中正变得越来越重要,成为提高LED的发光效率和降低制造成本的必要工具.准分子激光器提供了独特的大面积均匀照明,而且非常适合用于将LED外延片从蓝宝石基底分离的激光剥离技术.本文将讨论准分子激光剥离技术用于制造垂直型LED,以及该技术如何应用于氮化镓基LED和氮化铝基LED的生产.另外,对于刻划和切...     

电子束泵浦XeCl准分子激光器输出特性

为了确保窄脉宽XeCl准分子激光系统获得高峰值功率紫外激光脉冲,实验研究了紧凑型四向电子束泵浦XeCl准分子激光器的输出特性。通过调节激光腔室气体介质的总气压和气体摩尔比、激光器的充电电压、二极管阳极钛箔厚度等参数,发现了激光能量随以上条件的变化规律,分析得到了激光器运行的最佳条件。在最佳条件下XeCl准分子激光器的脉冲能量大于100 J、脉宽约200 ns,电光效率约为5.81。另外,通过改变激光器内部Marx发生器的开关气压,研究了紧凑型电子束泵浦XeCl准分子激光器输出激光脉冲的延迟抖动特性,发现激光脉冲的延迟抖动可优于20 ns。研究结果表明:紧凑型电子束泵浦XeCl准分子激光器可实现脉冲抖动小于20 ns、103 J的高能紫外激光输出,可满足窄脉宽XeCl准分子激光系统运行的需要。     

激光技术与应用

激光焊接微塑料元件；电子元件生产中的激光再加工；用激光加工使微流体元件快速成型；激光精细加工光学生物芯片；采用准分子激光器制作光电印刷线路板中的微反射镜。     

印刷电路板激光投影成像照明系统均匀性分析

针对351 nm波长的XeF准分子激光器,自行设计了用于高精度、高产率、大面积且常规抗蚀剂曝光的印刷电路板(PCB)激光投影成像照明系统.根据准分子激光的部分相干平顶高斯光束(PCFGB)理论模型,对微透镜阵列器(MLA)均束的衍射特性进行了理论分析.由PCFGB分布函数、稳定光强输出的衍射角和菲涅耳-基尔霍夫衍射积分公式,定量分析衍射效应对MLA均束的影响.理论计算表明,微透镜边缘发生菲涅耳衍射和微透镜产生的多光束干涉都能引起光振幅调制,只不过衍射产生的尖峰更明显地出现在光束边缘.同时,由数值积分得到的PCFGB曲线,发现9×9 MLA均束器既能保证多个微透镜产生光束叠加的均匀性,又最大程度地减少了衍射和多光束干涉效应.通过采取加正六边形光阑的方法,不仅能满足大面积无缝扫描光刻的需要,而且能剪裁由衍射引起的光束边缘尖峰.由ZEMAX光学设计软件模拟其效果,显示其加工窗不大于±2%.     

低增益准分子激光阈值和最佳透射率的研究

低增益、宽带脉冲准分子激光阈值及最佳透射率条件和激光泵浦脉宽有密切关系.提出了以激光四能级系统近似模拟准分子激光跃迁辐射系统,在其速率方程的基础上研究低增益脉冲准分子激光阈值和最佳透射率的条件,并给出了其在不同增益脉宽情况下的统一的激光阈值和最佳透射率条件,所取得的结论在相应的实验研究结果中得到证实。     

部分相干激光匀束器的设计及应用

传统激光匀柬器的设计是假设输人场为完全相干的，但对于准分子激光器等输出为部分相干场的光束匀滑并不适用。利用部分相干场的传输及衍射理论．开展了这一类激光器匀滑的方法研究。推导出部分相干场与完全相干场下激光匀束器的目标像面的关系式，总结出这一类器件的设计方法。仿真结果表明，上述方法设计的匀束器在全相干场下像面出现激烈的振荡，但在部分相干场下得到了理想的平滑输出强度分布。介绍了部分相干激光匀束器在新一代光刻机照明系统、材料加工、激光医疗中的应用前景。     

激光光热控制触点开关式微驱动机构及实验研究

提出了一种新型的激光光热控制触点开关式微驱动机构;对于驱动性能受到形状参数的影响进行了理论分析;采用KrF准分子激光器制备了两种不同长度的微驱动机构;自行搭建的激光光热控制实验系统,采用655nm红色激光作为驱动源,利用该实验系统进行了比较驱动实验,实验结果表明:触点偏转量随着驱动器臂长的增大而增大,同时对于相同长度的微驱动机构,触点偏转量随着驱动激光功率的增大而增大.该新型微驱动机构结构简单,制备快捷,可以采用激光对其实现远距离、非接触控制,集成度高.