用于微器件制作的灰度掩模技术

讨论了灰度掩模技术在凸及凹形微透镜,折衍射复合微透镜和微尖形阵列等器件制作方面的应用,给出了与几种典型的凸及册形微透镜,折省射复合微透镜和微尖形结构对应的灰度掩模板的设计实例及其应用,为灰度掩模技术制作微透镜器件及微尖形阵列奠定基础。     

一种制作凹形聚二甲基硅氧烷微透镜阵列的方法

提出一种制作凹形聚二甲基硅氧烷(PDMS)微透镜阵列的方法。用数字微镜器件(DMD)代替物理掩模,建立数字灰阶无掩模光刻系统,在光刻胶上制作正方形基底凸形微透镜阵列,以此阵列为母板,采用复制方法,制作了高填充因子的正方形基底凹形PDMS微透镜阵列。实验和测试结果表明:数字灰阶无掩模光刻系统制作的微透镜阵列表面光滑,形貌良好;复制的PDMS微透镜阵列边缘清晰,表面光滑,焦面光斑光强均匀。为制作凹形微透镜阵列提供了一条制作简单、效率高、成本低、可大规模制作的新途径。     

电子束分辨全息图

具有40%衍射效率、计算机制作的全息光学元件,现已由霍尼威尔公司制成。这些元件是采用电子束直接写入的方式制作的。这些元件的效率据说是目前制作的其它这种全息图的四倍。限制全息透镜发展的因素,包括有限的衍射效率,高色散和缺少高分辨率的平版印刷工艺:以前,是先绘制出较大尺寸的掩模,而后再将掩模照相缩版制成。     

非梯度折射率型面阵平面微透镜

采用常规的光刻热熔法及灰度掩模技术,结合离子束蚀刻与溅射制作面阵非梯度折射率型平面折射和平面衍射微透镜,定性分析了不同的工艺条件下所得到的平面端面微光学折种和形貌特征。给出了在石英衬底表面通过光刻热熔工艺和氩离子束蚀刻所得到的两种球面及圆弧轮廓特征的面阵册形掩模的表面探针测试曲线,对平面微透镜阵列与IRCCD成像芯片和半导体激光器阵列的集成结构作了初步分析。     

基于数字微镜的无掩模数字光刻系统的研制

研究了一种基于数字微镜的无掩模光刻系统.利用数字微镜输出的高精度数字掩模,结合高质量的高倍精缩投影光学系统,理论上完全可实现亚微米级衍射微光学元件的制作.该文从照明系统、数字微镜芯片、精缩物镜设计等方面进行了系统总体设计.利用该系统成功制作了5×5达曼光栅、8台阶闪耀光栅和8台阶菲涅耳透镜,进一步论证了该系统的可行性.     

用于衍射微光学元件制备的无掩模光刻技术

提出了一种新的基于数字微镜的无掩模光刻技术,将以往的模拟掩模发展为数字掩模,为大规模、快速、灵活制作衍射微光学元件开辟了一条新的道路;重点研究了数字掩模技术的实现原理,并进行了验证。     

硅衍射微透镜阵列的制作技术研究

介绍了二元光学方法制作多台阶衍射微透镜的设计和工艺过程;分析了台阶侧壁倾斜对衍射效率的影响;提出了一种基于软刻蚀技术的复制和集成新工艺.实际制作了8台阶硅衍射微透镜阵列,利用新工艺复制了硅衍射透镜阵列.     

成像元件,光学机械

1.光学元件 (1)几何光学元件 在液晶微透镜方面,探讨对称圆形图形电板直径的最佳值,进行了从平板微透镜焦点近傍的衍射像的实侧值推算球面象差量的尝试。制作液晶投影照明系统用微透镜阵列时把离子交换用掩模图形形状从圆形变成矩形获得了高效率。 据报道,利用高折射辐射状梯度折射率透镜,设计试制成具有良好性能的接触透镜(隐形眼镜)。     

衍射光学元件在无掩模光刻中的应用

描述了波带片/多孔透镜阵列无掩模光刻方法,着重介绍了波带片的几何结构特点和衍射聚焦特性,研究了影响光刻分辨率的因素和使用位相型波带片代替振幅型波带片提高衍射效率的设计方法,讨论了高级衍射焦点对波带片的光刻对比度的影响及消除措施,表明了波带片光刻有光刻对比度和高光刻分辨率受限于最小结构尺寸两个技术难点。对比介绍了多孔透镜的结构和衍射聚焦原理,论述了利用多孔透镜抑制高级衍射焦点和焦平面上次级大的特性,可以提高光刻对比度、提高光刻分辨率、克服波带片受限于最小结构尺寸的缺点。     

基于空间光调制器的无掩模光学光刻技术研究进展

随着器件特征尺寸的不断减小,传统光刻技术的加工分辨率受限于衍射极限已接近使用化技术的理论极限且成本过高。无掩模光刻技术是解决掩模价格不断攀升而引起成本过高的一种潜在方案,以成本低、灵活性高、制作周期短的特点在微纳加工、掩模直写、小批量集成电路的制作等方面有着广泛的应用。基于空间光调制器的无掩模光学光刻技术在提高分辨率和产出率方面取得了一定的进展,理论和实验上均取得了较好的效果。详细归纳介绍了基于空间光调制器的无掩模光学光刻技术的原理、特点以及研究进展。     

Efficient Planar-Integrated Free-Space Optical Interconnects Fabricated by a Combination of Binary and Analog Lithography

Design, fabrication, and experimental testing of an integrated microoptical module for interconnection are reported. The systems integration is based on the concept of planar-integrated free-space optics. The module combines diffractive-reflective and refractive microoptics. The diffractive elements were fabricated by binary lithography and reactive ion etching. The refractive elements were made by analog lithography using a high-energy beam sensitive mask and replication in Ormocer. The fabricated module implemented a simple one-dimensional optical interconnect. Two versions were implemented for which insertion losses of approximately 8 and 4.5 dB were measured, respectively.      

Monolithic Integration of Diffractive Microlens Arrays and Infrared Focal Plane Arrays

Monolithic integration method has been demonstrated to increase the fill factor of the infrared focal plane arrays (IRFPA). Which is consists of 256×256 Pt-Si schottky barrier charge coupled devices(CCD) operation in 3-5μm IR region. The relative silicon 256×256 element diffractive microlens arrays have been fabricated on the back side of the substrate of the IRFPA using binary optics technology. The aligning process between IRFPA and microlens arrays on each side of the substrate has been completed by IR mask aligner. The testing results show that the imaging quality is very good and the average optical response of the IR FPA is increased by a factor of 3.0, which is improved by about 25% compared with the hybrid integration method in the previous work.     

数字掩模灰度细分技术研究

数字掩模技术是一种很有发展前途的衍射微光学元件制作技术。实际制作时,由于感光材料具有感光非线性,实际可利用的灰度数目将小于256。即使256级灰度全部可用,也无法实现曝光量的精细控制以达到一般的加工要求。文中提出了2种灰度细分的方法,即多SLM组合调制和彩色等效灰度技术。从理论上分析了2种方法均能实现灰度的细分,从而达到曝光量的精细控制。     

制作在非球面基底上的红外衍射光学元件

用金刚石车床车削的方法在锗材料上成功地加工了折射-衍射混合式红外光学透镜,其中的衍射面制作在非球面的基底上,是国内首个制作在曲面基底上的混合成像元件．对折一衍射混合透镜和不带衍射环带的对比透镜的测试结果表明,衍射面加工效果良好,有效地减小了此单片镜系统的色差,明显提高了系统的成像质量,与设计结果吻合较好．     

高分辨率投影光刻机光瞳整形技术

在高分辨光学光刻技术中,光瞳整形技术针对不同的掩模图形产生特定的光瞳光强分布模式,从而实现分辨力增强,获得更好的成像性能。概述了高分辨率投影光刻机照明系统中基于衍射光学元件(DOE)、微透镜阵列(MLA)和微反射镜阵列(MMA)的3种光瞳整形技术,并对这些技术的工作原理、设计制作方法和性能特点进行了归纳与总结。     

激光直写制备衍射光学元件的研究及应用

衍射光学元件作为一种典型的微光学元件,其体积小、质量轻、设计自由度多、成像质量良好,在光学成像、光学数据存储、激光技术、生物医学等领域具有广阔的应用前景。随着现代光学系统的不断发展,对衍射光学元件的加工效率和制备精度提出了更高的要求。激光直写技术凭借加工精度高、工艺简单、灵活性好等优势,成为制备高精密仪器中关键光学元件所必需的一种加工方式。针对不同的加工需求,开发了多种激光直写系统,并在应用过程中不断地改进升级。另外,突破衍射极限的飞秒激光微纳结构制造技术,能够获得更高的加工精度和更好的分辨率,为微光学元件的制备提供了新的方法。首先介绍了激光直写技术的特点;其次综述了衍射光学元件直写加工技术的研究进展,包括直写技术的影响因素、激光直写系统和多光束加工技术;接着介绍了衍射光学元件的典型应用,如红外成像、色差校正、光束整形、图像显示;最后,对激光直写技术制备衍射光学元件存在的问题和未来发展趋势做出了总结。     

Specialized electron beam nanolithography for EUV and X-ray diffractive optics

Diffraction of electromagnetic radiation remains a viable method for manipulation and focusing of extreme ultraviolet and X-ray wavelengths where the optical properties preclude significant phase shift without attenuation. As the wavelength becomes smaller, the characteristic dimensions needed for effective utilization of diffraction proportionally shrink, placing significant demands on the half-pitch of the diffractive structure. State-of-the-art nanofabrication technology is then required. Additionally, line placement over the entire grating, zone plate lens, or other diffractive element requires an accuracy on the order of a small fraction of a linewidth over the entire structure. This places a heavy burden on the alignment and calibration of the pattern-generating tool. In the case of zone plate lenses, smooth curved geometric elements are required. Specialized techniques for electron beam lithography have been developed to meet these demands, which diverge from the technology used to meet the challenges encountered in mask making and electronic circuit research. The techniques are in four areas: on axis calibration, beam placement, subpixel image processing for overlay, and smooth generation of arc shapes. Using the ensemble of these specialized techniques, high-resolution electron beam lithography nanofabrication has been used to successfully make diffractive structures with linewidths approaching 10 nm and near diffraction limited optical performance.     

用于空间望远镜的大口径高衍射效率薄膜菲涅尔衍射元件

为满足空间成像领域对大口径、轻量化、高衍射效率光学衍射元件的需求,研究了薄膜衍射元件微结构设计及制作工艺。应用Zemax光学软件设计了320 mm口径,F/#100的四台阶薄膜菲涅尔衍射元件,并利用Matlab软件将连续位相结构转化为离散化台阶分布。研究了薄膜菲涅尔衍射元件的制作技术,选用透明聚酰亚胺薄膜作为基底材料,以石英玻璃作为复制模板,通过多次旋涂的方式实现了厚度为20 m的衍射薄膜制作。应用Solidworks软件设计并加工薄膜支撑装置。测量复制基板及薄膜对应区域的微结构,实验结果表明条纹线宽转移偏差小于1.3%,台阶深度偏差小于8.6%。搭建光路测试在波长632.8 nm处衍射效率平均值为71.5%,达到了理论值的88%。实验结果表明,制作的薄膜重量轻,复制精度高,并且具有高衍射效率,满足空间望远镜的应用要求。