热门搜索: 论文 发表 社科期刊 北大核心 南大核心 cssci 科技期刊 教育

当前位置:主页 > 科技论文 > 电子信息论文 >

微尺度光栅的激光制备方法研究及应用

发布时间:2019-01-11 21:26
【摘要】:随着微机电系统的发展应用,微观力学的研究日益成为热点。光测力学测量方法具有非接触、全场性、高精度等优点,被广泛应用到不同领域的材料和结构的变形测量中。光栅作为变形测量中重要的传感元件,它的制备一直备受关注。因此,如何准确定位到测量区域并快捷地制备光栅成为了重要的问题。不同的制栅方法有不同的优点和局限性。激光具有非常高的瞬时功率,热影响区小,具有很高的微加工质量和精度。同其他制作光栅方法相比,激光刻蚀省去了制作模板与显影等工序,可以直接刻蚀,制作面积可调节,且定位准确。本论文分别采用纳秒激光和飞秒激光,系统的研究了微尺度光栅制备方法。主要研究内容如下:(1)研究了基于光栅的几何相位法(GPA)和扫描电子显微镜(SEM)云纹法,用于不同频率与面积的光栅结构表征。推导并模拟验证了基于相位的二维傅立叶变换的光栅频率表征方法。建立了SEM云纹法中放大倍数和参考栅频率的关系。(2)研究了纳秒激光制作微尺度光栅方法。从基本的刻蚀线段入手,对比分析了不同材料的加工情况,得出不同材料的能量密度阈值。提出了先镀膜再进行刻蚀光栅的加工工艺,解决了激光对材料的选择性问题。通过光栅的高斯能量与距离的关系,进一步分析了纳秒激光制作光栅的过程。在铝膜上制作出了频率为10线/mm的水平和正交光栅,光栅结构规则,节距稳定,可用于光学测量。(3)研究了飞秒激光制作微尺度光栅方法。采用飞秒激光刻蚀系统,在石英玻璃试件表面刻蚀光栅。研究了飞秒激光刻蚀点和线段的基础参数,分别刻蚀出直径为1?m的点和线段。分析了光栅加工机理,制作了频率为500线/mm的平行光栅。光栅频率表征分析表明,制作光栅的节距的最大误差为0.95%。飞秒激光制作的微尺度光栅可用于SEM云纹作表面结构表征及变形测量。(4)采用纳秒激光在镀膜试件上制作了微尺度光栅,并成功地进行了水平拉伸实验和V形裂纹拉伸实验。实验表明,采用纳秒激光可以将光栅方便地制作在试件表面微区上,结合光学测量方法可以实现微尺度的变形测量。
[Abstract]:With the development and application of micro-electromechanical system, the research of micro-mechanics has become a hot spot. Because of its advantages of non-contact, full-field and high precision, the method of photomechanical measurement has been widely used in deformation measurement of materials and structures in different fields. Grating, as an important sensor in deformation measurement, has attracted much attention. Therefore, how to locate the measurement area accurately and fabricate grating quickly has become an important problem. Different gate making methods have different advantages and limitations. Laser has very high instantaneous power, small heat affected zone, high quality and precision of micromachining. Compared with other grating fabrication methods, laser etching eliminates the process of making template and development, can be directly etched, the fabrication area can be adjusted, and the location is accurate. In this paper, nanosecond laser and femtosecond laser are used to fabricate micro-grating systematically. The main contents are as follows: (1) the geometric phase method (GPA) based on grating and scanning electron microscope (SEM) moire method are studied to characterize the structure of grating with different frequency and area. The method of grating frequency representation based on phase-based two-dimensional Fourier transform is deduced and simulated. The relationship between the amplification ratio and the reference gate frequency in SEM moire method is established. (2) the nanosecond laser fabrication method for micro-scale grating is studied. Starting with the basic etching line segments, the processing conditions of different materials are compared and analyzed, and the energy density threshold of different materials is obtained. The process of etching grating first by coating is put forward, and the problem of laser selectivity to materials is solved. The process of nanosecond laser grating fabrication is further analyzed by the relationship between Gao Si energy and distance of grating. Horizontal and orthogonal gratings with a frequency of 10 lines / mm have been fabricated on aluminum film. The grating structure is regular and the pitch is stable. (3) the fabrication method of micro-scale grating by femtosecond laser is studied. Femtosecond laser etching system was used to etch the grating on the surface of quartz glass specimen. The fundamental parameters of femtosecond laser etching point and line segment are studied. The processing mechanism of the grating is analyzed, and the parallel grating with a frequency of 500-wire / mm is fabricated. The analysis of the grating frequency shows that the maximum error of the pitch distance of the grating is 0.95. The micro-scale grating fabricated by femtosecond laser can be used to characterize the surface structure and measure the deformation of SEM moire. (4) the micro-scale grating is fabricated by nanosecond laser on the coated sample. The horizontal tensile test and V-shaped crack tensile test were successfully carried out. The experimental results show that the grating can be conveniently fabricated on the surface of the specimen by nanosecond laser, and the deformation measurement on the micro scale can be realized by combining the optical measurement method.
【学位授予单位】:江苏大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TN25;TN249

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 张培琨,李育林,刘家英,乔学光,忽满利,贾宏志;线性啁啾光栅结构参数优化的定量研究方法[J];光子学报;1998年06期

2 陈德伟;;采样光栅设计与衍射行为分析[J];激光杂志;2006年03期

3 叶超;谢永军;付绍军;何世平;;采用弹性基底制作变间距光栅[J];微细加工技术;2006年02期

4 叶锡标;周成刚;张阳;黄文浩;;基于透反式二维绝对零位光栅的光刻对准技术[J];中国科学技术大学学报;2007年03期

5 叶燕;陈林森;;埋入式光栅双通道特性及其应用研究[J];光学学报;2008年12期

6 沈洪斌;张雏;司宾强;;基于狭缝方程的二次扭曲光栅的设计与衍射模拟[J];激光杂志;2008年02期

7 方明月;段永远;谌夏;彭姝慧;蒲利春;;非线性光栅器件[J];重庆工学院学报(自然科学版);2008年03期

8 刘荣祁;陈建荣;林宝卿;庄其仁;;浮雕矩形光栅刻槽深度的衍射测量方法[J];应用激光;2009年03期

9 厉以宇;王媛媛;陈浩;朱德喜;胡川;瞿佳;;基于二维结构薄膜的偏振选择相位光栅的研究[J];物理学报;2010年07期

10 王聪;张军伟;杜丽;周海;;光栅拼接技术研究进展[J];激光与光电子学进展;2011年08期

相关会议论文 前10条

1 刘恒彪;王占山;;纳米光栅结构长度标准研制[A];大珩先生九十华诞文集暨中国光学学会2004年学术大会论文集[C];2004年

2 耿康;陈新荣;吴建宏;;用衍射效率的光谱分布判断多层介质膜光栅掩膜形貌[A];大珩先生九十华诞文集暨中国光学学会2004年学术大会论文集[C];2004年

3 白昱;金玉;刘岳峰;冯晶;孙洪波;;光栅微结构提高有机电致发光器件光取出效率的研究[A];全国第15次光纤通信暨第16届集成光学学术会议论文集[C];2011年

4 李术新;梁东;邢岐荣;徐世祥;郎利影;田震;柴路;王清月;;零级深度金属光栅对太赫兹波透过特性的理论研究[A];光电技术与系统文选——中国光学学会光电技术专业委员会成立二十周年暨第十一届全国光电技术与系统学术会议论文集[C];2005年

5 曹召良;卢振武;李凤有;孙强;;亚波长周期结构光栅的制作工艺和理论关系研究[A];2002年中国光学学会年会论文集[C];2002年

6 成希革;黄吉发;尹振宇;李雪玲;;内置多叶光栅集成[A];第八届全国医用加速器学术交流会论文集[C];2009年

7 杨德兴;王海滨;赵建林;张鹏;郭夏锐;;层状多重体全息光栅的研究[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年

8 周常河;;低密度光栅的飞秒信息处理技术[A];2006年全国强场激光物理会议论文集[C];2006年

9 闵长俊;焦小瑾;王沛;明海;;表面有凹槽的亚波长金属光栅结构中光的透射现象的研究[A];光子科技创新与产业化——长三角光子科技创新论坛暨2006年安徽博士科技论坛论文集[C];2006年

10 赖建军;梁华锋;王彬;翟小锋;;基于金属/介质/金属光栅的窄带红外发射/吸收结构设计[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年

相关重要报纸文章 前1条

1 通讯员  周晔 记者  李雪林;0.1秒干完10分钟的活[N];文汇报;2007年

相关博士学位论文 前10条

1 金娃;PCF热传导与形变机理及在熔接和光栅制备中的应用研究[D];燕山大学;2015年

2 武华;面向硅基光子集成的光栅器件研究[D];北京工业大学;2015年

3 吴丽翔;取样光栅的刻蚀深度空间分布微调方法[D];中国科学技术大学;2015年

4 李朝阳;物像光栅自拼接在超短超强激光中的应用问题研究[D];南京理工大学;2015年

5 廖云飞;大口径精密光栅拼接系统研究[D];重庆大学;2015年

6 刘丽娟;液晶/聚合物光栅激光器性能的研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2016年

7 王志文;基于金属纳米光栅的集成偏振导航传感器研究[D];大连理工大学;2016年

8 吴华明;硅基微纳二元非均匀光栅的研究及应用[D];华中科技大学;2010年

9 董毅;用于光互连的体波导光栅耦合器:分析、制备和应用[D];山东大学;2008年

10 韩建;全息光栅曝光光学系统优化及光栅掩模参数控制方法研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2012年

相关硕士学位论文 前10条

1 何培栋;基于LiNbO_3的波导及光栅的研究[D];天津理工大学;2015年

2 周阳;全息深亚波长光栅技术研究[D];苏州大学;2015年

3 张嘉赫;OCB模式液晶光栅的光学特性研究[D];大连海事大学;2015年

4 卢鹭云;宽光谱光栅侧面耦合集光技术研究[D];浙江大学;2015年

5 陈剑科;新型二维折叠光谱仪的工程化研制及其应用[D];复旦大学;2014年

6 汪瑾;片状光栅内各模式性质研究[D];华东师范大学;2015年

7 胡瑞;基于复合微纳金属光栅—波导结构的双通道带通滤波器的设计[D];大连理工大学;2015年

8 杨倩;基于叠印采样光栅的光码分多址编解码技术研究[D];南京大学;2014年

9 张新彬;偏振分束光栅的设计和制造[D];福建师范大学;2015年

10 任建文;光折变光栅滤波器及其应用研究[D];浙江工业大学;2014年



本文编号:2407464


论文下载
论文发表
教材专著
专利申请


    下载步骤:
    1.微信扫码,备注编号 2407464.
    2.
    点击下载


    本文链接:http://www.bigengculture.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/2407464.html

    ×
    论文发表,推荐期刊