用于蓝宝石光盘的数字化数据存储

为了解决长时数据存储的难题,开展了以数字格式在蓝宝石光盘表面写入数据的研究工作。根据艾林方程,分析了利用常用无机材料进行数据存储的数据失效时间。描述了在蓝宝石材料为基底的光盘上以数字格式记录数据的基本工艺流程,重点介绍了用于蓝宝石光盘的离子束刻蚀系统。实验结果显示,蓝宝石光盘表面刻蚀的信息坑宽度为0.6μm,深度为0.2μm,磁道节距为1.6μm,符合ISO/IEC 10149:1995规定的CD-ROM格式数据存储要求,表明采用本文提出的方法实现蓝宝石光盘的数字化数据存储是可行的。此外,这种基本工艺流程不仅适用于蓝宝石光盘,同样适用于其它以高度稳定的材料(如石英玻璃)作为基底的光盘。     

LED用蓝宝石衬底抛光技术进展

蓝宝石单晶衬底具有优秀的物理化学性质,作为LED的主要衬底材料,其晶片表面质量要求非常高,而加工工艺在很大程度上决定了表面质量。对蓝宝石衬底加工的各种工艺原理作简要介绍,如化学机械抛光、磁流变抛光、浮法抛光等,指出这些加工方法的优缺点、发展进程等。目前蓝宝石衬底的抛光质量已经达到:表面粗糙度0.1nm,平面度0.5μm。随着生产工艺的不断进步,数字化、全自动、绿色无污染的抛光工艺是未来蓝宝石衬底加工的发展方向。     

蓝宝石衬底基片工艺质量检测指标及方法的研究进展

根据蓝宝石衬底基片国家标准和国际质量保证体系标准,结合目前蓝宝石衬底基片生产和科研的实际情况,阐述了目前蓝宝石衬底基片生长、掏棒切片、研磨抛光和清洗加工过程中的质量检测指标、检测方法,以及检测设备.指出了蓝宝石衬底基片检测技术的研究对衬底基片生产的重要性.总结了蓝宝石衬底基片检测技术的现状,半导体材料GaN衬底用蓝宝石单晶的纯度要达到99.999％以上,位错密度在102/cm2范围内,晶片切片厚度偏差不超过20μm,表面粗糙度要达到Ra0.3nm水平.指出了现有检测技术的不足和今后的发展趋势,对蓝宝石衬底检测技术的进一步发展具有引导性的作用.     

今年最流行的科技新产品

全息存储光盘：传统光学存储将所有信息存储在光盘表面，通过激光进行数据读取；而全息存储却利用了整个磁盘的所有空间。最新研制的全息存储光盘的单牒容量已经达到传统DVD的200倍。     

基于金刚石微粉的单晶蓝宝石CMP工艺研究

单晶蓝宝石具有高的机械和光学性能,已被广泛应用于光电子、通讯、国防等领域。以提高加工后单晶蓝宝石表面质量和缩短加工时间为最终目标,采用化学机械抛光的方法抛光蓝宝石,得到了一种可行有效的抛光单晶蓝宝石的加工工艺路线。试验结果表明,采用6μm金刚石磨料粗抛蓝宝石晶片1.5 h,表面粗糙度值由220.05 nm快速降到7.88 nm;然后采用3μm金刚石磨料精抛蓝宝石晶片3 h,可以获得Ra约为2.82 nm(测量区域700μm×530μm)的表面粗糙度值。此抛光工艺能满足蓝宝石衬底高效、低损伤的抛光要求。     

混合磨料柔性抛光工具加工蓝宝石衬底技术研究

正由于蓝宝石材料硬度大、脆性高和耐腐蚀,传统的铜抛和化学机械抛光方法存在着加工效率低、成本高和污染环境等缺点。本文基于固相反应原理提出了软硬混合磨料抛光蓝宝石衬底的新构想,开展了针对蓝宝石衬底的混合磨料抛光技术研究。通过理论和试验的方法研究了不同种类软磨料与蓝宝石在研抛条件下的反应活性。研究表明在摩擦力诱导的条件下,二氧化硅较氧化镁和氧化铁磨料对蓝宝石具有更高的反应活性,最易与蓝宝石发生固相化学反应生成硅酸铝盐。通过制备混合磨料半固结柔性抛光盘进行蓝宝石衬底的抛光试验。结果表明当软质磨料的化学反应作用和硬质磨料的机     

我国在国际上首次实现蓝宝石衬底氧化锌二极管室温电致发光

由中科院长春光机所、厦门大学共同承担的国家自然科学基金委员会重点项目“氧化锌基单晶薄膜材料、物性及器件研究”,不久前正式通过了国家自然科学基金委信息科学部专家组的中期检查验收。该项目在国内率先获得了氧化锌同质结的电致发光,并且在国际上首次实现了蓝宝石衬底生长的氧化锌二极管室温电致发光,为今后氧化锌蓝紫外发光和激光二极管的发展奠定了实验基础。据该项目负责人长春光机所研究员申德振介绍,由于短波长激光器对提高光通信的带宽、光信息的存储密度和读取速度具有重要意义,并且在半导体白光照明、医学及生物等高科技领域…     

蓝宝石衬底双面研磨表面裂纹深度检测

双面研磨作为蓝宝石衬底制备的一道重要工序,研磨表面裂纹深度将严重影响后续抛光的材料去除量,因此对研磨衬底表面裂纹特征研究及深度测量具有重要意义。本文采用截面显微观测法、聚焦离子束侧面观测法、差动蚀刻速率法、磁流变抛光法和逐层抛光法等方法观测双面研磨蓝宝石衬底表面裂纹特征和测量裂纹深度。采用截面显微观测法和聚焦离子束侧面观测法观测研磨后蓝宝石衬底亚表面裂纹形态主要有斜线状、横线状、钩状和树杈状。采用差动蚀刻速率法测得蓝宝石衬底研磨表面裂纹密集层厚度为9～10μm,而采用磁流变抛光法测得研磨衬底局部亚表面裂纹深度为25～30μm,采用逐层抛光法测得研磨衬底整体亚表面裂纹深度约为30～35μm。此外,根据不同方法所检测的裂纹特征和裂纹深度,构建了蓝宝石衬底双面研磨表面裂纹模型,为后续抛光工艺的制定与优化提供依据。     

基于预胶化多糖结合剂磨具的单晶蓝宝石加工试验研究

针对单晶蓝宝石加工用磨具所使用树脂结合剂环境友好性差的问题,提出使用预胶化多糖材料作为结合剂的单晶蓝宝石绿色加工磨具。分析了纤维素增强相对预胶化多糖凝胶特性的影响。设计了预胶化多糖结合剂磨具配方与制作工艺,制作了磨具试样并分析了其机械特性。基于所制作磨具进行了单晶蓝宝石研磨片的表面加工试验。试验结果表明:纤维素可实现预胶化多糖凝胶的物理增强。使用"常温干燥+置换干燥+热风干燥"混合干燥工艺的磨具试样具有最佳的机械特性。随着砂结比增大,磨具机械强度整体呈现先增大、后减小的趋势。砂结比为4∶1的磨具具有最高的单位载荷工件温升,有利于固相反应的进行,表现出相对最优的加工特性:经过10 min加工,单晶蓝宝石表面粗糙度Rq值下降了84.25%,材料去除率为0.1μm/min。     

固结磨料研磨蓝宝石单晶过程中研磨液的作用

开展了固结磨料研磨单晶蓝宝石面板的实验研究,探索了不同研磨液对材料去除速率和工件表面质量的影响。分析了研磨液对蓝宝石表面的化学作用,探索了固结磨料研磨蓝宝石晶体的材料去除机理。实验显示:使用W14镀镍金刚石固结磨料研磨蓝宝石单晶,研磨液仅为去离子水时,材料去除率(MRR)为149.8nm/min、表面粗糙度(Ra)为76.2nm;而研磨液中加入2%的乙二醇后,相应的MRR为224.1nm/min,Ra为50.7nm。用光电子能谱仪(XPS)分析了工件表面,结果表明含有乙二醇的研磨液能够增加蓝宝石工件表面的活性。得到的结果显示:在溶液中加入乙二醇有利于表面软化层的生成并增加蓝宝石表面的活性,说明研磨液对蓝宝石单晶研磨效率的提升和表面质量的改善具有促进作用。     

塑料光学元件制造

由于光学塑料具有许多杰出的优点 ,因而在照相机、光盘、投影镜头、眼镜等方面获得了日益广泛的应用。塑料光学元件的关键制造技术是模具设计和制造、选择合适的注塑设备、最佳的工艺参数等。为了制作以光盘物镜为代表的高精度非球面塑料透镜 ,就应采用注射压缩工艺抑制变形的成形技术 ,辅之以考虑变形而补偿模具的成形技术。     

大口径大相对孔径非球面凹镜的零位补偿器设计

针对大口径大相对孔径凹非球面反射镜加工检验困难的问题,提出了凹非球面的零位补偿检验方案。基于三级像差理论和单透镜的PW关系式,对双片式结构和三片式结构的补偿器的初始结构求解进行了理论推导。对多组初始补偿系统的像差特性进行分析和结构选型,利用光学设计软件对其进行像差平衡,能高效得到理想的优化结果。给出了一个口径为500mm、相对孔径为1／1．2的凹非球面的补偿器的整个设计过程,设计结果优良。     

精密光学系统的热像差

为了精确控制与补偿物镜的热像差,设计了一套三镜实验光学系统,基于该系统验证了热像差计算方法的准确性。介绍了热像差分析方法及验证实验方案。开展不同热载工况下热像差测试实验,并与仿真结果进行了对比。最后,综合实验与仿真结果,分析了特定热载条件下系统热像差中非轴对称像差成分以及系统最佳焦面的变化趋势,获得了热像差的瞬态特性。实验结果显示:在输入热载大小之比为1∶4∶9的情况下,实验和仿真获得的热像差均方根(RMS)值之比分别为1∶3.75∶9和1∶4.01∶9.01,光学系统所加热载和热像差之间呈线性关系;在实验热载荷作用下,系统最佳焦面的稳态时间小于450min,而热像差中一阶像散(标准Zernike Z4)的稳态时间小于48min,一阶四叶(标准Zernike Z11)的稳态时间小于9min,最佳焦面稳态时间远大于非轴对称成分的稳态时间。基于该三镜实验光学系统所获得的热像差特性能够为投影光刻物镜或其它精密光学系统的热像差控制与补偿提供有力支撑。     

球幕投影通用型变焦鱼眼镜头设计

为了匹配不同类型和规格的工程数字投影机的投影球形幕,提出了设计通用型投影变焦鱼眼镜头的基本方法。首先,基于投影鱼眼镜头自身特性和通用性特点,确定了目标系统采用的光学结构类型;通过优选配置二组元变焦核初始条件参数,对补偿组的位移曲线进行了线性改造,从而使两条凸轮曲线可同步构造为标准螺旋线。之后,通过合理控制前固定组球差及后固定组焦距,使变焦过程中的像面保持稳定。设计结果表明,光学系统采用二运动组元机械补偿式正组变倍负组补偿结构,在变焦过程中可以保持全视场角160°和孔径F#为2基本不变。通过合理控制过程参量,可以使系统适配光学引擎中棱镜的有效光学厚度为16.5~26 mm,满足1LCD、3LCD和1DMD常见技术类型、16~24 cm(0.63~0.95 in)芯片尺寸及16∶9和4∶3两种芯片长宽比的数字工程投影机使用,像面位移量控制在±0.03 mm以内。该设计可以满足投影鱼眼镜头的常规投影及通用性要求,结构简单,工艺性强。     

Imaging of optical disc using reflection-mode scattering-type scanning near-field optical microscopy

A phase-change optical disc was observed using a reflection-mode scattering-type scanning near-field optical microscope (RS-SNOM). In an a.c.-mode SNOM image, the 1.2 μm × 0.6 μm recording marks were successfully observed although the data were recorded on the groove. In contrast, no recording marks could be resolved in a d.c.-mode SNOM image. These results are in good agreement with those from a numerical simulation using the finite difference time domain method. The resolution was better than 100 nm with a.c.-mode SNOM operation and the results indicate that recording marks in phase-change optical media can be directly observed with the RS-SNOM.     

An inverse problem of estimating the heat source in tapered optical fibers for scanning near-field optical microscopy

A conjugate gradient method based on inverse algorithm is applied in this study to estimate the unknown space- and time-dependent heat source in aluminum-coated tapered optical fibers for scanning near-field optical microscopy, by reading the transient temperature data at the measurement positions. No prior information is available on the functional form of the unknown heat source in the present study; thus, it is classified as the function estimation in inverse calculation. The accuracy of the inverse analysis is examined by using the simulated exact and inexact temperature measurements. Results show that an excellent estimation on the heat source and temperature distributions in the tapered optical fiber can be obtained for all the test cases considered in this study.     

采用柔性铰链实现多光盘的定位与夹紧

为适应光信息存储高密度,高容量,高速度和集成化的要求,提出一种新的单轴多盘光存储集成化方案,并设计了一种与之相适应的光盘定位与夹紧机构。该机构采用柔性铰链作为弹性元件,实现光盘的可靠定位与夹紧,具有结构紧凑,定位精度高,无间隙,无磨损,可靠性高等优点。理论分析和计算表明,能够满足光盘定位与夹紧的要求,采用该结构制作完成的原理样机,可在5000r/min的转速下平稳运转,光盘定位可靠,运行平稳,基本满足光学头信息读写的要求。     

长焦距大口径连续变焦距光学系统

为了实现对远距离目标的实时跟踪与测量,设计了口径为650 mm,焦距为5 000~2 000 mm的连续变焦距光学系统。提出了牛顿式折反射光学系统与倒置的连续变焦距光学系统组合的设计方法,实现了光瞳的合理匹配与对接。确定了合适的入瞳位置,消除了变焦过程中像面容易产生的鬼像。通过合理匹配主系统和变焦距系统的光焦度,使得二级光谱最小化。运用CODEⅤ软件对各焦距位置的像差进行优化与平衡,使变焦距光学系统在各焦距位置的像差均得到校正与平衡,像面保持严格的一致性,从而各焦距位置成像质量良好。实验显示该系统全视场平均传递函数均在0.524以上（Nyquist频率：35 lp/mm）,满足使用要求。     

Geometric Theory for the Design of Multielement Optical Systems

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　Ｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｔｒｅｎｄｉｎｅｘｔｒｅｍｅｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ(ＥＵＶ )ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙａｎｄｓｏｐｈｉｓｔｉｃａｔｅｄｓｙｎｃｈｒｏｔｒｏｎｒａｄｉａｔｉｏｎｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎｉｓｔｈｅｕｓｅｏｆａｎｏｐｔｉｃａｌｓｙｓｔｅｍｔｈａｔｃｏｎｓｉｓｔｓｏｆｓｅｖｅｒａｌａｄｖａｎｃｅｄｏｐｔｉｃａｌｅｌｅ ｍｅｎｔｓ,ｓｕｃｈａｓａｃｃｕｒａｔｅｌｙｆｉｇｕｒｅｄａｓｐｈｅｒｉｃｍｉｒｒｏｒｓａｎｄｖａｒｉｅｄｌｉｎｅｓｐａｃｉｎｇｇｒａｔｉ…