光学微结构的超精密加工技术

微结构光学元件在光电产品及光通讯产品中的应用日益广泛.采用多轴超精密机床加工光学微结构,可达到亚微米级形状精度和纳米级表面光洁度的高精度水平.详细介绍了光学自由曲面及光学微结构的超精密加工技术,并开发了适合超精加工微型槽和微透镜列阵的刀具轨迹自动生成软件.

基于光学微结构减小硅太阳能电池的反射

为了在理想的光频范围内扩展硅太阳能电池的低反射特性,设计了一种由方柱形粒子周期排列构成的光学微结构,根据等效介质理论分析了方柱形粒子高度、占空比对反射率的影响。利用所得结论合理选择方柱形粒子的尺寸,使用MEEP仿真软件建立了结构模型并进行了仿真。结果表明:该光学微结构在理想的光频范围内具有超低反射特性。

柱面光学微结构用于红外激光防护研究（英文）

激光防护是一种可广泛应用的技术,论文针对目前红外激光防护技术中存在的可见光波段吸收强、镜面反射造成设备或人员损伤等问题,提出一种形成于光学窗口表面的红外激光非镜面反射光学微结构,具有对可见光透过率影响小,同时对1 064 nm红外激光大角度散射的功能,从而实现激光防护。文中采用光线追迹方法设计具有移位结构的双面微柱透镜阵列,阵列周期T与透镜单元曲率半径R之间需满足0<T<R/27^(1/2)的关系。应用Virtual-Lab光学建模软件对设计的柱面微结构进行模拟,模拟结果为:可见光平均透过率下降7%,对实用结果影响很小,并可以通过可见波段镀制增透膜进行弥补;1 064 nm红外激光反射率约为75%,发散角大于30°。采用数字掩模光刻技术完成微柱透镜阵列实验,实验结果与模拟结果趋势相同,最终得出结论:微柱透镜阵列能实现大角度散射,能够极大降低激光单一方向反射回波能量,从而达到了激光防护的目的。

航空制导武器上的光学微结构

光学微结构衍射面具有独特的色散特性和高设计自由度,利用光学微结构可以设计轻巧的衍折混合光学系统。光学微结构构成的普通衍射、谐衍射及多层衍射具有不一样的衍射效率特性。金刚石车床是加工红外光学微结构的理想手段,而曲面激光光刻是加工可见、紫外波段光学微结构的新方法。

采用标准微电子工艺制作具有各种轮廓特征的光学微结构

讨论了一种制作球面和非球面轮廓光学微结构的新方法。此方法的关键步骤是(100)硅在KOH∶H2O中的两步各向异性腐蚀。首先在硅衬底的掩膜上要开一组圆孔,圆孔的尺寸与最终的轮廓相对应。通过腐蚀,硅衬底上会出现一组凹球面状的微结构,具有一定轮廓特征的微结构可以由一组这样的凹球面微结构拼接而成。用这个方法可以简单高效地制作出很多用常规工艺难以加工的非球面、不规则的光学微结构。建立了描述此方法的模型,并进行了讨论分析。

超快激光直刻压辊中光学微结构的实验研究

本文针对超快激光直刻系统的脉冲能量、脉冲宽度、刻蚀速度和聚焦透镜焦距等参数开展实验研究,以确定其对微结构尺寸的影响因素,并结合光与物质相互作用原理,对各个因素进行定量分析,为优化微结构尺寸、提高压辊的光学效应、提升印刷品质量奠定实验和理论基础。

微结构光学元件快速伺服刀架加工技术研究

微结构光学元件是一种微小的拓扑元件,通常分为微沟槽列阵、锥形列阵以及微透镜列阵等,这些微结构光学元件能在一些手持装置(例如手机)的平板显示器上得到先进的光学应用.由于产品微型化的需求越来越紧迫,传统的刻蚀方法不再适用于加工高质量的光学微结构产品,为此,提出了一种新型的加工高质量光学微结构元件的技术,该技术以快速伺服刀架加工系统为基础,并结合新开发的刀具轨迹生成器,该刀具路径生成器主要是针对快速伺服刀架加工系统而开发的,它可以根据光学微结构元件的设计直接生成加工所需的刀具轨迹,而不需要进行任何的后续处理,最后,通过加工实例证明了上述加工系统的可行性并得到了符合要求的加工效果。

微结构光学功能元件模具的超精密磨削加工技术

微结构光学功能元件在航空航天、机械电子、光学以及光电子领域都具有非常重要的应用价值和极其广阔的应用前景,针对其大批量复制用模具的超精密磨削加工技术也越来越受到重视。微结构光学功能元件模具的超精密磨削加工技术不同于传统的磨削加工技术,是在模具表面加工制造出各种不同形貌、不同尺度、不同维数并具有不同光学功能的微小几何结构。结合目前国内外微结构表面超精密制造技术的研究和发展,对微结构光学功能元件模具的超精密磨削加工技术进行综述。介绍超精密磨削加工技术在微结构表面制造中的应用,分析目前微结构光学功能元件模具超精密磨削加工中存在的关键技术问题,并对微结构光学功能元件模具的超精密磨削加工发展趋势进行预测。

微结构光学零件的大气等离子体数控加工

为了实现对微结构光学零件无表面损伤和亚表面损伤的高效加工,建立了大气等离子体数控加工系统。研究了该系统的平台设计、大气等离子体加工工艺特性及其数控加工过程。首先,根据大气等离子体加工的原理及要求介绍了该数控加工系统的组成。然后,以He/SF6/O2加工熔融石英为例,采用针状电极等离子体矩对系统加工工艺的可控性以及多参数工艺特性进行了探索,并根据工艺实验结果拟合出该加工条件下的去除函数。最后,介绍了整个大气等离子体数控加工的实现过程。实验结果表明:利用该系统可以在平面融石英材料上加工出幅值为150nm、波长为6mm的正弦网格结构,由此验证了该数控加工系统的可行性,实现了对复杂面型光学零件表面的确定性加工。

微结构光学

本文介绍了上海光机所信息光学实验室在微结构光学的基础理论、设计优化以及应用开发等方面所进行的一些研究工作。

焦炭光学显微结构的制作和研究

焦炭光学显微结构的研究包括焦炭光片的制作和偏光显微镜下显微结构的定量分析,选用P600,P1500,P3000号水磨砂纸,对焦样进行预磨,得到光滑、精细的光面,再经过干、湿抛光,得到表面光亮如镜、无划痕的焦光片;在显微镜下观察,光片无麻点和划痕,视域清晰,结构明显。

Si衬底上横向外延GaN材料的微结构和光学性质的研究

用氢化物气相外延 (HVPE)方法在Si(III)衬底上成功横向外延生长出晶体质量较好的GaN薄膜材料。透射电子显微镜 (TEM )的研究结果表明 ,横向外延区域GaN的位错密度明显减小。由于SiO2 掩膜腐蚀角的不同 (分别为 90°和 6 6°) ,导致了横向外延GaN材料一些独特的微观形貌。微区拉曼光谱由数百条拉曼散射曲线组成 ,每一条曲线有三个振动模 ,分别对应Si振动模式 (5 2 0cm- 1) ,E2 模式 (5 6 6cm- 1)和E1(LO)模式(732cm- 1)。在垂直条纹方向 ,峰位和峰宽没有明显的变化 ,而峰强约 5

高精度微结构玻璃光学元件阵列模压技术研究进展

高精度微结构玻璃光学元件在光学系统、精密测量、微流控芯片等领域的应用日趋广泛,而阵列模压成形技术是生产玻璃光学元件最具革命性的制造技术,具有高精度、无污染、净成形、低成本等特点,可望实现高精度微结构玻璃元件的低成本和稳定性量产。本文介绍了微结构玻璃光学元件阵列模压技术的优势及应用需求,综述了国内外近年来利用阵列模压技术制造微结构玻璃光学元件的重要研究进展,包括模具材料及加工技术、玻璃材料及热力学特性、阵列模压过程有限元仿真及模压工艺试验、微结构玻璃元件质量检测技术等。重点阐述了微结构光学元件制备过程中在模具材料、镀膜材料、模具加工设备及工艺、阵列模压仿真与成形工艺等方面所取得的新成果和面临的技术难题。最后,对微结构玻璃光学元件阵列模压成形制造技术的发展趋势进行了展望。

FTO玻璃衬底上锆钛酸铅多层膜的微结构与光学特性

应用化学溶液沉积法,在涂布氟掺杂SnO2的玻璃衬底上制备了具有16个周期的PbZr0.4Ti0.6O3多层膜,并对其微结构与光学性能进行了研究.测试表明,玻璃基底上的PbZr0.4Ti0.6O3多层膜具有均匀、平整、致密和无裂纹的表面形貌,呈现出由致密层和多孔疏松层交替排列构成的层状结构,且具有单一钙钛矿相.在350～900nm的波长范围内,反射光谱曲线上存在一个中心波长位于450nm、带宽约为41nm、峰值反射率超过91%的高反射率带;与反射光谱相对应,在相同频段的透射光谱曲线上出现了一个与反射带等宽、中心波长位于450nm的透射谷,谷的最小透过率小于6%.这项研究进展对拓展铁电多层膜的应用范围将有积极作用.

不同煤阶煤焦炭显微结构与热性质的研究

采用模拟焦炭反应性和反应后强度,研究了不同变质程度单种煤焦炭显微结构与热性质之间的关系。中等变质阶段的焦煤、肥煤和瘦煤所制焦炭有较高的各向异性,低变质程度的气煤、1/3焦煤以及高变质程度的贫煤所制焦炭各向异性程度较低。焦炭的热性质与焦炭的各向异性有很好的相关性,焦炭反应性随各向异性程度的增大而减小,反应后强度则随各向异性的增大而增大。

薄膜光学锥形光栅的制备与光学特性分析

为了在光学薄膜中引入连续轮廓的微结构,综合利用薄膜的干涉效应与微结构的折反射、衍射效应,提出一种薄膜光学微结构的制备工艺。基于时域有限差分方法设计了具有可见光波段减反射特性的薄膜光学锥形光栅;采用单点金刚石车削技术,结合纳米压印与电感耦合等离子体刻蚀技术,在SiNx薄膜中制备出高1.6μm,周期4.1μm的锥形光栅;在可见光波段,SiNx薄膜光学锥形光栅的平均反射率为5.7%,反射率的实验检测结果与仿真计算结果达到很高的一致性;当入射光角度在30°以内,薄膜光学锥形光栅的减反特性表现出对光波入射角度的不敏感性。该制备工艺突破了单点金刚石车削技术的材料局限,将连续轮廓的微结构的直接形成工艺拓展至介质薄膜当中,实现了宽光谱、宽入射角度的减反射。

ColorDanceTM光学防伪技术

光学防伪技术在日常生活中有诸多应用,例如:2015版100元人民币使用的光变安全线,它正面看是红色的,倾斜看是绿色的,对着光源观察可以看到透光的“￥100”面额数字;人民银行发行的航天纪念钞同样采用了光变安全线,它集成了更为复杂的微反射镜结构,实现了动感效果,安全线上有明有暗,在来回倾斜钞票时明暗区域随之运动,同时它还使用了特殊的结构,在金色的背景上产生的红色面额数字“100”和五角星在倾斜时,红色区域和金色背景同时变成了绿色.

大幅面超薄基板表面微结构光学器件的微纳米压印关键技术分析

阐述大幅面超薄基板表面微结构光学器件的微纳米压印关键技术特点,分析光学纳米微结构器件布序软件和光刻直写设备技术的应用,提出了一套新型的布序策略和高效的直写技术。

准相位匹配周期极化掺镁铌酸锂490nm倍频连续输出

在室温下通过外加电场极化法 ,首次用较低的极化开关电场～ 5 .5kV/mm ,在厚为 1mm、长为 2 0mm、宽为 18mm的掺镁铌酸锂基片上成功的制备了周期为 4 .8～ 5 .2 μm的一阶准相位匹配倍频光学微结构 ;并在室温下 ,以波长为 980nm的半导体激光器为基频光源 ,对所研制的微结构样品进行倍频通光实验 ,在入射基频光为 80 0mW时 ,产生约 4 0mW的 4 90nm的倍频光 ,其对应转换效率为 5 % 。