双光子三维微细加工技术及实验系统的开发

介绍了一种新型的三维微细加工技术 ,描述了自行开发的双光子微细加工实验系统。双光子三维微细加工技术利用材料与飞秒激光束在焦点局域发生的双光子激发 ,通过逐点扫描 ,实现微器件的三维成型。由于材料发生双光子激发的几率与激发光强的平方成正比 ,所以具有极高瞬时光强的飞秒激光器和可以对光束进行强聚焦的显微镜装置成为系统的关键部件 ,对此进行了详细的说明。最后 ,给出了部分利用上述加工系统所获得的初步实验结果。

飞秒激光三维微细加工技术

双光子吸收几率与光强度的平方成正比,因此,双光子吸收引发光致聚合局限在紧密聚焦的焦点区域,通过控制焦点的扫描运动可实现高精度三维加工。基于该原理,提出了一种利用飞秒激光进行微细加工的技术。根据此技术,建立了飞秒激光三维微细加工系统,该系统包括光源系统、显微镜系统、实时监测系统和精密移动系统等。研究发现,该系统加工的直线线宽最小可达500nm;加工线宽与加工速度成反比;激光功率为2mW时,最大和最小临界加工速度分别为80μm/s和1μm/s;制备出线宽1μm,宽度5μm的“CHINA”复杂结构,以及杆间距、层间距均为5μm的三维木堆型光子晶体结构。实验证实,该技术是一种非常灵活的微细加工技术。

双光子激光三维微细加工及信息存储技术

利用具有极高脉冲光强的飞秒激光器和对光束进行强聚焦的显微镜装置可以制造具有亚微米精度的三维微器件以及进行三维高密度信息存储。文本介绍了自行开发的双光子微细加工系统以及三维高密度信息存储系统 ,以及用该系统进行三维光学微细加工及三维光学信息存储的实验情况 。

双光子三维微细加工的分辨率研究

为了改善双光子加工的成型精度和微器件的质量,提高加工系统的分辨率是十分重要的。根据自由基类光聚合材料双光子加工分辨率的理论分析,提出等光强面概念,并在此基础上讨论了激发光强与系统加工分辨率之间的关系。通过不同光强条件下双光子三维加工固化单元的实验,验证了等光强面和系统分辨率之间的对应关系,并分析了出现微小差异的原因。根据上述理论模型,可以估算一定实验条件下系统可实现的加工分辨率,优化加工工艺参数。最后给出了部分微器件的成型结果。

双光子三维微细加工重要工艺参数的实验研究

优化工艺参数是保证双光子微细加工质量的重要条件。经分析选取了激发光强、覆盖率和物镜的数值孔径作为实验研究对象。用自行开发的双光子微细加工系统,通过单独控制一个加工条件而固定其它条件的方法,对比不同条件下系统的实验结果,探讨该工艺条件对加工质量的影响。最后,给出了经参数优化后的部分实验结果。

双光子三维微细加工重复率对表面形貌的影响

飞秒激光三维微细加工是一种集超快激光、CAD/CAM、光化学材料等技术于一体的新型加工方法,它采用单点扫描累积成型,由点成线,由线成面进行加工.要得到精细的三维微器件,不仅需要高加工分辨率,还须选用合适的扫描步距.我们采用不同重复率工艺参数进行实验,并对得到的表面质量进行了分析,优化了微器件加工的重复率参数.还基于自由基浓度理论和曝光等效性原理,对重复率影响表面质量进行了仿真.加工系统采用飞秒激光光源:脉宽为80fs,中心波长为800nm,重复频率为80MHz,输出功率为400mW;使用数值孔径(NA=1.25)浸油物镜聚焦;三维扫描使用PZT移动台;材料是新型聚丙烯类S-3负性光刻胶.实验中采用步距0.1,0.2,0.3,0.4μm得到不同平面,并测得其表面粗糙度,分析了重复率对微器件表面质量的影响.

三维微细加工技术及其研究现状

三维微细加工技术的发展对于微机械的开发和生产具有非常重要的意义。本文介绍了三类得到普遍应用的三维微细加工技术,阐述了各技术在微细制造方面的特点,并举例说明了取得的成就。最后通过对比,认为飞秒激光微细加工是最有前途的三维微细加工技术。

微细电火花三维加工中电极损耗补偿新方法

为解决微细电火花三维加工中存在的电极损耗问题,提出了一种使线性补偿法与均匀损耗法相结合的新的补偿方法.加工实验结果表明,使用这一新补偿方法可明显提高三维微细电火花加工的加工效率和底面粗糙度,并且减少电极损耗.与均匀损耗法相比,电极损耗长度可减少17.8%,表面粗糙度可降低9.9%,材料去除速率可提高10.1%.

三维微细电解加工微型腔侧壁缺陷的形成机理与改进机制

针对三维微细电解加工较大深度的微型腔时侧壁存在大量微孔缺陷的问题,采用一种三维叠层微电极振动辅助电解加工三维微型腔的方法,分别利用纯NaNO3电解液和含有均匀悬浮B4C粉末的NaNO3电解液进行微细电解加工实验,制备深度大于800μm、具有复杂孤岛结构的三维微型腔,并聚焦研究三维微型腔侧壁缺陷的形成机理与改进机制。结果表明,在NaNO3电解液中添加B4C粉末后,可避免微细电解加工产生微盲孔与微孔条纹,侧壁质量得到明显提升。

超微细加工技术的动向

随着微细加工技术的发展,可制作直径为几千微米的齿轮之类的结构部件或者将其组合成亚毫米尺寸的执行元件以及传感器,并且正在实现将其系统化的微机械.要实现微机械,不仅需要传统的机械结构材料。

LIGA相关技术及应用

微电子机械系统(MEMS)技术的兴起及其在现代信息社会中的广泛应用,推动了能实现高深宽比三维微细加工的LIGA及准LIGA技术的迅速发展。介绍了LIGA相关技术的发展状况并举例说明了它们在射频、光学等方面上的一些应用。

微机械和光技术

不过分地说,当考虑制作微机械时,如果没有光刻等使用光的微机械加工技术,要实现微机械是不可能的.原来光技术与微机械、微机械加工有着不可分割的联系.近年来,利用光进行的微机械加工,不仅进行图形的缩小投影,而且很容易向微小部分供应加工能量,并且利用光化学反应进行的加工引人注目,这是因为即使容易损坏的灵活微小结构体也能用这种技术进行加工,因而这种技术适于制作具有微小机械器件的结构体.因此,要制造更为立体形状的微小机械结构,利用光的三维微细加工技术成为重要的关键技术.