纳秒激光在硅表面微结构加工及其荧光效应

本文自主研发设计了一套基于纳秒脉冲激光的加工系统,包括了控制单元、上位机图形软件、机械结构和光路系统。利用此系统,在单晶硅表面进行了微结构图形的加工实验,得到了较好的加工效果。借助卤素灯照明的显微镜和荧光显微镜对结果进行了进一步的观察分析,发现利用荧光显微镜进行观察,加工后的区域在特定波长照明光的照射下激发出荧光,可以清楚的看到加工结构的内部信息,边缘特征。说明纳秒脉冲激光可以改变硅材料表面的光学属性,这对进一步研究激光和硅材料的相互作用打下了一定的基础。     

基于轻敲模式AFM的纳米振动表征方法

针对纳米振动测量方法中存在的间接性、低分辨率、低带宽等局限性,建立了原子力显微镜(AFM)的轻敲模式下探针与振动样品间相互作用的振动系统模型,采用Runge-Kutta数值积分方法分析了AFM测振技术的可行性和工作带宽.使用静电激励的双端固支纳米梁作为测试结构,采用AFM轻敲模式测试了样品的幅频响应特性.同时采用显微激光多普勒测振系统进行了比对测试,测量结果与AFM轻敲力曲线模式的测量结果相符,也表现出AFM轻敲模式的测量误差具有与测试样品相关的频率特性.     

井下工具高温高压条件下测试技术的研究

设计了一套智能化测控系统,集石油、机械、液压、自动化、计算机等技术于一体,建立大型全尺寸模拟实验系统,为稠油热采工艺工具的研究提供多功能综合试验平台。能够对实验过程中18路模拟信号(包括压力、温度、液位、流量等)、32路开关信号进行实时采集,能够自动控制各设备的运行状态。另外在测控系统中建立实时数据库和历史数据库,对采集的数据、键入的命令等进行管理和统计分析,提供多方面的数据参考依据。     

模糊控制在压电陶瓷控制中的应用

压电陶瓷已在各种精密仪器控制中广泛应用。但是由于压电陶瓷的非线性使控制复杂，而且控制精度受到影响。本文作者在扫描隧道显微镜探针高度调节中，将模糊控制用于压电陶瓷的控制，取得了较通常采用的控制方法更为理想的效果。     

飞秒激光在材料微加工中的应用

本文介绍了飞秒激光的特性以及超短脉冲激光与材料相互作用的机理，并着重指出了其与长脉冲激光的区别。飞秒激光可产生超高光强、具有精确的损伤阈值(并且损伤阈值较低较低)、很小的热影响区、几乎可精密加工所有种类材料，并且，加工精度极高，可进行亚微米尺寸的精密加工。通过分析飞秒激光材料微加工的特性，综述超短脉冲激光材料微加工的应用研究现状。     

具有溯源性的原子力显微镜探针法向弹性常数标定系统

原子力显微镜(AFM)悬臂梁探针的弹性常数在微纳米尺度力学测试中十分重要,其准确程度直接影响力学测量结果的可靠性,故需对其进行精确标定.因天平法的测量结果可溯源,本文在已有天平法的基础上,研制了一套新型标定系统.该系统将AFM测头与超精密电磁天平相结合.微悬臂梁在精密位移台的带动下接触天平并产生弯曲,接触力由天平测得,微悬臂梁的弯曲量由光杠杆检测,并通过反馈系统进行精确控制,最后根据胡克定律计算出弹性常数.利用本系统对4种不同型号商用微悬臂梁探针的法向弹性常数进行了标定,标定结果表明本系统具有良好的测量重复性.通过进行不确定度分析,得到测量结果的相对标准不确定度优于2%.     

激光微加工系统及其控制单元的研究

针对纳秒脉冲激光微加工系统的发展,提出了一种集成图形文件解析和高速运动控制的加工系统,包括控制单元、激光器、机械结构和光路系统。在介绍了各个部分的功能之后,重点分析了控制单元,包括上位机图形解析平台及以DSP和FPGA为核心的下位机控制硬件。通过实验分析和算法优化,解决了加工误差,在单晶硅表面得到了较好的微结构加工效果。     

脉冲激光MEMS加工技术

阐述了脉冲激光微加工技术及其在微机电系统(MEMS)加工中的应用.脉冲激光微加工技术能够制作出三维微型结构并具有微米/亚微米加工精度,且适用于多种材料,与传统的微细加工技术如光刻、刻蚀、体硅和面硅加工技术等相比具有其独到之处.进一步阐述了基于激光烧蚀的脉冲激光直接微加工技术、激光-LIGA技术、激光辅助沉积与刻蚀技术以及MEMS的激光辅助操控及装配技术.     

基于白光相移干涉术的微结构几何尺寸表征

将Carré等步长相移法与白光垂直扫描相结合形成了一种白光等步长相移算法,该方法快速、准确、非接触,垂直分辨力可达亚纳米级.测量系统集成了Mirau显微干涉物镜,并通过高精度压电陶瓷纳米定位器带动物镜进行垂直扫描.分析了Carré法应用于白光干涉信号的相位提取的精度,对不同扫描步距以及不同信噪比情况下的测量进行了计算机仿真,确定了测量参数.结合重心法将相位计算的数据范围直接定位于干涉信号的零级条纹,从而省去了相位解包裹过程.通过对微谐振器和标准台阶的测量说明了该方法的有效性,并使用白光相移干涉、白光垂直扫描和单色光相移干涉对44 nm标准台阶进行了测量,并对测量结果进行了比较.     

纳秒脉冲激光对316L不锈钢微抛光效果的影响

激光微抛光过程中,激光的能量密度对微抛光效果的影响很大.采用纳秒紫外脉冲激光(波长为355 nm,脉冲宽度为35 ns)对316L不锈钢材料进行微抛光实验研究,分析了工件表面的形貌、扫描速度和离焦距离等因素对激光微抛光效果的影响.通过对4种不同表面形貌的抛光效果比较,发现不仅表面粗糙度会影响抛光质量,而且表面的形貌也对激光微抛光的效果有很大影响;激光微抛光时对确定的激光能量密度存在最佳微抛光效果的扫描速度和离焦距离.提出了355 nm紫外纳秒脉冲激光器对316L不锈钢微抛光效果的最佳工艺参数:激光能量密度为0.14 J/cm2,激光脉冲重复频率为20 Hz,扫描速度为18.6 mm/min,离焦距离为81.2μm.在此工艺参数下,316L不锈钢经过微抛光之后,表面粗糙度由123.23 nm降低至80.96 nm.