晶圆划切工艺与优化

在研究晶圆划片机划切工艺的基础上,分析了划切的质量缺陷和划切质量评估矩阵,阐述了影响划切质量的诸多因素。介绍了划片刀、承载薄膜、划切模式、划切冷却水的添加剂和划切参数的选择对划切质量的影响,通过对以上5个方面的优化来达到优化工艺的目的,同时还提出了将砂轮划片和微水导激光划片相结合的新划切工艺。     

划切加工中晶圆的图像识别

针对划切设备加工中的一种常见材料LED蓝宝石晶圆,来实现全自动对准与划切的要求,对于如何通过晶圆图像进行定位对准,详细阐述了一种基于边缘检测和模板匹配的定位方法。     

532 nm平顶激光光束用于硅晶圆开槽的研究北大核心CSCD

根据衍射原理,设计并制备了平顶整形元件,将激光能量由高斯分布转变为平顶分布。利用532nm脉冲激光进行了硅晶圆激光划片实验,研究了激光能量、划片速度及聚焦位置对划片效果的影响。结果表明,基于平顶光束的激光划片,可实现宽约为16μm、深约为18μm的划槽,且槽底部平坦,槽壁陡直;与高斯光束相比,平顶光束下热影响区明显减小。     

基于微透镜阵列的高效率光纤耦合系统设计

光纤耦合是半导体激光器集成光源进一步改善输出光束质量和远距离传输的重要手段。然而,由于半导体激光器单管体积和散热的限制,合成后激光光源的输出光束光参量积仍较大,不利于与单根多模光纤的耦合;直接与光纤束耦合又受到光纤束填充比的限制。针对多个半导体激光器单管集成的光源,采用倒置前端光学放大系统,对合成光束直径进行压缩;并采用六方排列的微透镜阵列作为耦合元件,使其光瞳成像在光纤端面,从而实现微透镜与光纤的一对一耦合,得到理论无损耗的高效光纤耦合系统。为了改善光场边缘像差影响,采用空心光管进一步匀化光场分布,且减小了边缘光线的发散角,提高了边缘光线的成像质量,优化后的系统耦合效率达98%。这一系统利用微透镜阵列将光束分束、成像,克服了集成光源输出光束光参量积较大不易与单根光纤耦合的缺点;通过使微透镜的入瞳成像在光纤端面,且光纤束的排列与微透镜阵列排列相同,提高了光束与光纤束的耦合效率。     

基于离轴光学系统的水导激光耦合技术研究

在水导激光加工中,聚焦激光与微细水束的耦合对准效果是实现水导激光稳定加工的关键。为了提高水导激光的耦合对准精度,提出了一种新的耦合对准方法,即采用一种双透镜离轴光学系统,系统中一透镜进行轴向移动从而调节束腰轴向位置,另一透镜与喷嘴一起进行径向移动从而调节束腰径向位置。该方法可以有效提高对准装置的分辨率,从而实现高精度的耦合对准。对该方法进行了理论分析,并根据理论分析进行了实验装置的设计。实验结果表明该方法将耦合对准装置的径向分辨率提高了5倍,与预期设计相符。应用该方法成功将激光耦合进入直径100 m的喷嘴中实现水导激光加工,该方法也是离轴光学系统的一个创新应用。     

RJW-1型染料激光微光束仪的研制

本文报道我们首次研制成功的,用于生物细胞显微外科手术的RJW-1型染料激光微光束仪。该仪器由直管氙灯泵浦染料激光系统、聚焦观察系统、对准系统和摄影系统等四大部份组成。配上调谐装置并适当倍频后,可得到从紫外到红外的大范围连续可调的染料激光微束,因而能满足绝大部份生物医学研究的需要。     

基于微透镜阵外腔的光纤激光谱组束耦合效率分析

为了克服光纤激光外腔谱组束系统中增益带宽和透镜像差对组束阵元数量的限制,在系统中加入了微透镜阵。根据光束变换理论,建立了基于微透镜阵的光纤激光外腔谱组束系统的外腔耦合效率分析模型。通过数值模拟,对各种相关参数对耦合效率的影响进行了仿真分析。结果表明:微透镜阵的加入极大提高了阵元的耦合效率和系统的组束潜力;为了获得尽可能高的耦合效率,需要对离焦量进行合理配置并设计具有较长焦距的微透镜;横向对准误差是影响耦合效率的主要因素,对于宽度为10 mm的组束光纤阵列,为保证60%以上的耦合效率,在θy≤2 mrad的同时需将横向位置偏移量δy限制在10μm以内。     

ICF装置光束定位的结构稳定性设计

激光驱动ICF装置的甚多束激光在打靶过程中需要高精度定位于靶面,这就要求可以改变光束着靶点位置的光学元件满足定位误差指标要求。首先介绍光束定位误差分解方法,在光束对准过程中和打靶前,在多源激励作用下能改变光束着靶点位置的光学元件需要评估其支撑系统的稳定性设计,发展了光学元件稳定性指标分解方法用于其支撑系统的稳定性评估。从基频、环境随机振动、模态阻尼的角度讨论了支撑系统振动稳定性设计思路。光学元件的通用支撑系统采用大而重的钢筋混凝土和钢结构的混合结构,钢筋混凝土保证光学元件稳定性的同时,钢结构提供结构设计的灵活性。采用有限元技术分析光学元件在宽频环境随机振动作用下的响应,评估支撑系统的振动稳定性设计。描述了神光Ⅲ宽频环境随机振动和光束定位误差的测量,测量结果表明神光Ⅲ支撑系统满足设计要求,该技术能应用于激光驱动ICF装置支撑系统的设计。     

用于VCSEL与光纤对准的新型集成微光学系统

半导体激光器与光纤耦合封装模块是光网络中最重要和关键的元器件之一。文章介绍了用于VCSEL与光纤对准的一种新型集成微光学系统。该微光学系统用于控制VCSEL光束方向相当有效,能极大提高耦合效率,而且具有很好的对准重复性。它采用MEMS和光电子学封装技术,可用于目前低成本的耦合模块。     

激光划切机的光束传递系统设计

针对LTCC激光划切机的光束传递系统,介绍了355 nm固体激光的扩束、聚焦原理、系统装调与精密调焦方法.该方法适用于激光加工设备的激光光束传递系统搭建,简单实用.     

高能激光单晶硅反射镜纳米精度控形控性制造技术

单晶硅反射镜是高能激光系统中的重要元件,其加工质量直接影响着高能激光系统的整体性能指标。针对单晶硅反射镜加工过程中产生的各类缺陷问题,本研究团队提出了采用超精密切削、浸没式抛光、磁流变抛光、离子束抛光等超精密加工方法来提升单晶硅元件的加工质量,并开展了相关研究。本文主要综述了本团队近几年在单晶硅制造技术领域取得的研究进展,包括单晶硅纳米精度表面控形制造技术、单晶硅纳米精度本征表面控性生成方法、纳米精度控形控性组合工艺等一系列关键技术。通过探讨高能激光单晶硅元件制造的现状与关键技术,为实现单晶硅元件纳米精度控形控性制造提供技术支撑。     

激光熔覆研究现状与发展趋势

通过对国内外对激光熔覆技术研究现状,概括了国内外激光熔覆在熔覆特性、不同材料与基体组合的激光熔覆工艺及参数、激光熔覆层的微观组织结构和金相分析、熔覆层缺陷以及激光熔覆基础理论,激光熔覆专用材料研制、激光熔覆过程裂纹形成与消除机制、激光熔覆过程关键因素的检测与控制、激光熔覆送粉器和喷嘴、激光熔覆制备新材料、激光熔覆快速成形与制造技术等领域的研究现状.分析指出激光熔覆过程是一个多源耦合复杂信息作用下的加工过程,激光熔覆加工过程稳定性、多源耦合复杂信息的作用规律及决策机制、多源耦合复杂信息的获取处理、融合能力及小确定信息处理和激光熔覆多源耦合复杂信息优化控制以及激光熔覆加工质量的定量控制是今后的主要发展方向.     

空间激光通信中复合跟踪技术研究

空间激光通信前提是信标光束的精确对准,因此复合轴的跟踪技术是关键,粗精复合的耦合性问题成为研究重点。设计了一套基于单探测器复合轴的跟踪系统,对其原理及关键技术进行阐述,采用粗跟踪配合补偿精跟踪偏转量的方法,解决了耦合性问题,并完成伺服控制系统设计。搭建实验系统对跟踪性能及指标进行验证,实验结果表明,在±0.25°@0.1Hz扰动下系统跟踪误差控制在1个像素之内,跟踪误差均方根为0.13,结合实际条件知,系统像元角分辨率22μrad,故系统整体跟踪精度优于3μrad,可实现对信标光的精确跟踪,满足空间激光通信的应用需求。     

基于CCD的激光切割焦点位置控制系统的设计与实现

激光焦点位置的检测与控制是激光切割系统中的关键技术之一．在介绍了国内外现有检测方法的基础上,提出一种基于CCD的激光切割焦点位置控制系统．该系统采用激光三角测量法原理,并以CCD成像系统配合数字图像处理技术．实现对激光切割焦点位置的精确测量和控制。     

激光切割机切割头位置检测与调高控制系统设计

在激光切割中为了有敢控制激光焦点与工件之间的相对位置,设计了激光切割头自动调高系统的位置检测系统。采用切割喷嘴和切割极板形成的电容构成差动式电桥,以差动式电桥作为测距传感器;用相敏检波电路鉴别切割喷嘴和切割板材间位置变化,伺服系统控制切割头运动,从而实现激光切割头高度调节。通过测试,有效地解决了激光切割焦点跟踪问题,提高了系统的控制品质。所设计的切割头位置检测为激光切割机提供了解决方案。     

微水导激光划片工艺原理及应用

从应用需求出发,介绍了微水导激光划片工艺的主要原理和特点;对其关键工艺机构中的光学聚焦系统、激光在水柱中的全反射传播、激光系统、压力水腔和喷嘴组成的光液耦合器等原理进行了简单分析和介绍;对微水导激光划片工艺的应用前景进行了总结和展望。     

星载激光测距仪扩束系统的高精度装调

星载激光测距仪扩束系统为无焦系统,对光学装调有着苛刻的要求,装调精度是决定激光测距仪工作能力的关键因素。利用计算机辅助装调技术,确定光学系统对光学元件的敏感度和补偿调整参量。针对镜间距影响该系统性能参数的特点,提出采用高精度三坐标测量技术和双光路定心技术对扩束系统装调。最后,采用 1 064 nm干涉仪对光学系统像质进行测试,使用套孔法对束散角进行测量。测试结果表明:该星载激光测距仪扩束系统RMS优于0.225,束散角为0.41 mrad,满足设计要求。     

基于光纤激光的高精度三维视觉测量技术

随着现代数字制造技术的快速发展,在工业产品测量领域,对微型物体几何尺寸的测量需要满足非接触、高精度、多尺寸等需求,而现有测量技术还不能达到这些要求。为了实现多尺寸、高效、快速、非接触式的精确测量,文中利用光纤耦合激光器光束质量好、线宽超细、精度高、单色性好、体积小以及免调节等优势,研制了基于光纤激光的精密非接触测量系统,提出了一种基于光纤耦合激光的超精密视觉测量方法,主要包含基于光纤线激光的目标成像、激光线滤波与提取、测量模型建立及几何参数标定、数据转换和三维重建测量等关键技术。利用光纤激光器向测量物体表面连续发射激光线,采用高分辨率相机,通过照明/不照明两次成像技术获取物体的平面尺寸和高度信息。对激光线图像进行滤波校正,快速提取激光线,对几何参数进行标定和坐标转换,然后进行处理数据,获取物体测量部位的三维测量值。实物测量和对比实验验证了文中测量方法的准确性、快速性和有效性,测量精度可达微米级。为微型物体几何尺寸的三维非接触、高精度、多尺寸测量提供了有效方法和测量仪器。