热键合、凹端面及晶体棒直径对Er∶YSGG中红外激光性能的影响

对热键合、凹端面及不同直径Er∶YSGG晶体棒的中红外激光性能进行了系统对比研究。晶体经高温退火、定向切割、端面精密抛光后,测量得到其平面度和表面粗糙度分别小于0.1λ@633 nm和0.5 nm。通过精密加工实现了YSGG与Er∶YSGG室温光胶,然后进行了高温热键合,透过谱表明键合界面基本无损耗,达到了一体化。热焦距结果表明,热键合、凹端面能够有效改善和补偿高功率泵浦条件下晶体的热透镜效应,有利于提高晶体的激光性能。对比未键合、热键合及凹面热键合Er∶YSGG晶体在968 nm LD侧面泵浦条件下的激光性能发现,低频150 Hz以下,键合与凹面并未表现出优势,三种棒的最大输出功率和斜效率分别均在24 W和28%附近;但随重频增加,热效应逐渐加重,键合晶体良好散热能力和凹面热补偿效应使激光性能得到提高。在重频300 Hz下,未键合、热键合及凹面热键合三种棒的最大输出功率分别为15.54,17.85和18.33 W、斜效率分别为16.6%,18.3%和18.4%;重频600 Hz条件下,三种棒的最大输出功率分别为9.4,13.32和13.18 W、斜效率分别为6.7%,8.6%和9%。此外,对比研究了不同直径Er∶YSGG晶体的激光性能,在低于100 Hz的低频下,三种晶体的激光性能接近。但相比于3和4 mm键合凹面棒,直径2 mm棒有大的比表面积,拥有更好的热管理能力,使其在高重频条件下具有更好的激光性能。如在150 Hz条件下,2 mm凹面键合Er∶YSGG晶体棒获得了功率23.82 W、斜效率27.7%的中红外激光输出,大大高于直径3和4 mm棒的18 W和23%。在600 Hz,直径2 mm键合凹面棒中实现了功率13.18 W,斜效率9%的激光输出,相比于直径3和4 mm键合凹面棒的9 W,7%具有较大的改善。测量得到2 mm凹面键合Er∶YSGG晶体棒在150 Hz,200μs条件下的光束质量因子M_(x)^(2)/M_(y)^(2)=6.28/6.30,表明该激光具有良好的光束质量。综上,选择合适晶体棒直径,并将键合与凹面相结合是实现高性能2.79μm激光的有效方法。

应用于微系统封装的激光局部加热键合技术

阐述了利用激光与物质相互作用的热效应实现微系统器件的局部加热键合原理 ,提出了激光键合塑料芯片和激光辅助加热阳极键合的思想 ,建立了半导体激光键合实验装置 ,并实现了聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA)

热键合YAG/Nd:YAG复合晶体的透过光谱研究

本文在一定的温度和压力下,通过热键合技术,获得了YAG/Nd:YAG复合晶体。这种复合晶体在非吸收波段的光学透过率与通过一块相同厚度Nd:YAG晶体的光学透过率实验值以及理论值相一致。因此从透过率的角度,表明纯YAG晶体与Nd:YAG晶体间的键合区域为均匀过渡,基本上无散射界面存在,实现了一体化。

LD泵浦的YAG热键合调Q激光器

对LD端面泵浦Nd:YAG/Cr4+:YAG热键合调Q激光器进行了实验研究。采用3×12mm晶体,端面镀膜方式在晶体两端直接构成平-平谐振腔。采用LD端面泵浦方式,分别研究了该激光器的脉冲重复频率、平均输出功率和脉冲宽度等参数随泵浦功率变化的输出特性,随着泵浦功率的增加,脉冲重复率和输出功率与泵浦功率呈线性增加,而脉冲宽度则有被压缩的趋势。当LD泵浦功率为6W时,热键合调Q激光器获得波长为1064nm、脉宽为5.3ns、平均功率为690mW的被动调Q激光脉冲输出。其光-光转换效率为11.5%,光束发散角为3.1mrad。实验结果表明,热键合激光器热效应好、可靠性高、输出光束质量高,是一种性能良好的新型一体化调Q固体激光器。

Nd∶YVO_4/YVO_4晶体的热键合及其激光性质的研究

为改善高功率激光器激光工作物质的热效应,本文采用热键合的方法研制了Nd:YVO4/YVO4复合晶体,键合晶体的波前干涉P-V值为0.082λ(λ=0.6328μm),键合面对波前的影响很小。它在LD端面连续泵浦条件下,从泵浦光到基频光的转换效率可达60%,特别当泵浦功率比较大时,键合晶体的输出功率比单块晶体有较大的提高。

硅片直接键合机理及快速热键合工艺

本文的理论与实验结果说明,硅片表面吸附的OH团是室温下硅片相互吸引的主要根源。采用SIMS和红外透射谱定量测量了OH吸附量。开发了表面活化技术。发现键合强度随温度而增大是键合面积增加所致。SiO_2/SiO_2键合之界面中各种物质的扩散及氧化层粘滞流动可以消除界面微观间隙。经表面活化的两硅片经室温贴合,150℃预键合,800℃,2小时退火后经1200℃,2分钟快速热键合可实现完善的键合且原有杂质分布改变很小,为减薄工艺提供了一个技术基础。

MEMS中的静电-热键合技术

在研制压力传感器时,采用静电-热键合相结合的方法,对Si/Au-Class、Si/Au-Glass/Si结构的键合技术进行了研究.硅与淀积有金加热器引线玻璃的封接:先以Si/Glass静电键合方法进行,再400℃退火2h,使Si/Au热键合.用一次充氮真空检漏法对键合形成的绝压腔进行了测试,结果显示:键合界面接合牢固、气密.此技术被用于Si/Au—Glass/Si结构自检测压力传感器的键合封接,经对传感器测试,性能良好,具有自检测功能.

热键合制作Yb：Y3Al5O12／Y3Al5O12复合晶体

采用热键合技术制备了Yb:Y_3Al_5O_(12)/Y_3Al_5O_(12)(Yb:YAG/YAG)复合晶体,对复合晶体进行了结构表征和键合质量检测.利用光学显微镜和扫描电镜观察了复合晶体横截面的形貌;在偏光显微镜下观察键合区域的应力,利用干涉条纹来表征复合晶体的光学均匀性;通过红外透过光谱的测量来检测复合晶体的键合质量.实验结果表明:热键合技术制备的Yb:YAG/YAG复合晶体键合界面处无界面缺陷,不存在复合界面空间过渡层,光学均匀性良好.

热键合技术的Cr^(4+):YAG被动调Q激光器理论和实验研究

采用数值求解被动调Q速率方程,并讨论了基于热键合技术被动调Q激光器的优化方法。通过数值仿真讨论分析了谐振腔的损耗、饱和吸收体的初始透过率、输出镜的反射率和泵浦功率等参数对激光输出的影响。结果表明:输出镜存在最佳透过率,使得输出功率最高和脉冲能量最大;减小饱和吸收体的初始透过率能有效提高脉冲能量,并压缩脉宽,但是会增加阈值泵浦功率;泵浦功率与脉冲重复率和输出功率近似成线性增加,增大泵浦功率可以压缩脉宽。并通过实验验证了理论分析的正确性。

SiO_2薄膜辅助硅-玻璃热键合技术的研究

为了解决Si和普通玻璃进行直接键合时材料的热失配问题,提出了利用SiO2薄膜辅助进行硅-玻璃热键合(SGTB)的技术.通过分析SiO2薄膜辅助SGTB技术的化学物理过程,对键合过程中的工艺条件进行了优化.利用反应离子束蚀刻(RIBE)对基片进行抛光,使得键合表面达到2 nm级的表面粗糙度.在大气的环境下将处理过的玻璃、Si基片干燥, 进行预键合.预键合好的Si、玻璃基片在200℃的氧化环境下退火,基片之间的硅烷醇键发生聚合反应,形成硅氧键键合.实验结果表明,硅和玻璃基片的表面能经过预键合后有了提高,水分子和Si表面SiO2中的氧原子交连在一起,OH-数量增加,形成硅烷醇键.Si表面热生长SiO2薄膜的存在,减少了由Si、玻璃热膨胀系数和热传导系数差异引起的诱导应力.

塑料电泳芯片热键合的试验研究

塑料电泳芯片具有绝缘性、透光性好、价格便宜、成型容易和批量生产成本低等优点,是一种新型微型分析装置。研究塑料电泳芯片热键合工艺过程和工艺参数,通过试验建立微通道变形与热键合温度、压力、时间和模压工艺参数的关系,由此提出减小微通道变形的方法,对于完善塑料电泳芯片结构设计和制作的基本理论和基本技术具有积极意义。

薄膜微电极在热键合过程中的断裂行为研究

为了实现真正意义上的芯片实验室,金属微电极正在成为微流控芯片的重要组成部分。针对铜薄膜微电极在热键合过程中的断裂问题,利用断口分析技术研究了其断裂行为。分析了多种制备断口的方法并利用精密的自动砂轮划片机制备出了理想的断口试样,对断口试样进行宏观分析,判定该断裂是由于剪切引起的韧性断裂,利用扫描电子显微镜进行微观分析,推断出电极在热键合过程中既承受剪切力又承受拉应力,判定铜薄膜微电极在PMMA芯片热键合过程中的断裂机理是一种典型的韧窝式韧性断裂,铜薄膜微电极的断裂是由较高的热键合温度引起的。

热键合Nd：YVO4/YVO4复合晶体激光特性的研究

为改善高功率激光器激光工作物质的热效应，采用一种热效应较小的复合晶体Nd：YVO4/YVO4，利用z型折叠腔，研究了在高功率激光二极管端面泵浦的情况下复合晶体的激光特性。当泵浦功率为24．65W时，获得了12．5W的1．06μm红外输出，光-光转换效率达到50．7％；当泵浦功率为17W时，获得了6．38W的绿光输出，光-光转换效率为37．5％．

基于热键合技术的Cr^(4+):YAG被动调Q固体激光器实验研究

为获得一体化ns脉冲固体激光器,设计了一种Cr4+∶YAG被动调Q的激光器,将Cr4+∶YAG和Nd∶YAG热键合到一起,并在两端直接镀膜构成F-P激光腔。实验中用光纤耦合的激光二极管端面泵浦激光晶体,实现准连续的激光脉冲输出。针对实验中存在的热透镜效应,设计了一散热片,并对风吹和散热片的实验结果进行了对比。实验证实了设计的可行性,并实现了激光器的稳定运转。

逆向热键合技术制作SU-8胶纳流控通道

热键合技术常用于制备纳米通道,但其需要高温高压的工艺条件,因此难以获得大面积和尺寸可控的纳米通道。本文提出一种利用热键合技术制作尺寸可控的SU-8胶纳米通道的方法,该方法利用UV胶带在紫外曝光前后粘附力变化的特点,通过模板浇注获得SU-8胶的图形结构层,并将其转移到UV胶带上,其柔性保证了图形结构层与Si基底上封装胶层的大面积紧密贴合,然后键合完成纳米通道制作。本文分析了界面间粘附能的大小对图形转移和键合过程的影响,并通过改变封装胶层的厚度,获得了不同尺寸的纳米通道,建立起胶层厚度和纳米通道尺寸精确的线性关系。利用有限元模拟SU-8胶填充形成通道的机理,分析了毛细力在键合填充过程中的作用。

玻璃平面波导的热键合制备与界面扩散研究

铒镱共掺磷酸盐玻璃平面波导在散热和抑制非线性效应方面具有独特优势,可开发作为近红外1.5μm高平均功率固体激光器的增益介质,具有重要意义。文中应用光胶热键合方法制备铒镱共掺磷酸盐玻璃平面波导,研究了预键合阶梯升温过程对键合质量的影响。通过电子探针表面分析(EPMA)得到键合温度和键合时间对键合界面分子扩散层厚度的影响,并根据Fick第二定律,探讨了一维等效假设下的芯层玻璃中的Yb^(3+)扩散机理,建立了热键合过程中的固-固界面分子扩散模型。最终通过选择最优的热处理工艺参数,得到了键合质量良好且键合强度达到11.63MPa的芯层厚度为100μm的三明治结构平面波导。

热键合技术及其在激光方面的应用

由于热键合技术具有适用范围广、对材料物化性能基本无影响等优点 ,所以它在激光方面有着越来越广泛的应用 ,尤其是在高功率激光和小型激光系统中的应用更为广泛。简单介绍了热键合技术的发展现状 ,并对其基本原理进行了详细的阐述。重点介绍了该技术在激光方面的用途和前景。由于热键合技术对工艺水平的要求较高 ,研究难度较大 ,探索性较强 ,所以加快它的研究和发展 。

热键合双包层平板波导激光器的研究进展

介绍了热键合双包层平板波导激光器的研究进展,包括热键合技术的优越性,双包层平板波导的新思想,集成可饱和吸收体的被动调Q波导激光器。

复合晶体内部热分布的研究

复合晶体比单一晶体具有更好地热效应,在高功率固体晶光器方面有广阔的应用前景。文章研究了Nd:YVO4/YVO4复合晶体内部的热分布,从理论和试验模拟两方面分析了复合晶体内部的温度梯度分布。

基于多段键合YVO_4/Nd:YVO_4/YVO_4晶体的1.5μm人眼安全自拉曼激光器

本文研究了基于多段键合YVO_4/Nd:YVO_4/YVO_4晶体的主动调Q人眼安全自拉曼激光器的激光输出特性.实验中,采用声光主动调Q、808 nm激光二极管端面泵浦的方式,成功获得1 525 nm人眼安全拉曼激光输出.在19.3 W的泵浦功率下,获得的最大的输出功率为1.76 W.相应的光-光转换效率为9.1%,此时拉曼光的脉冲宽度为30 ns,对应的峰值功率为11.7 k W.实验结果表明采取多段键合的方式可以有效的提高泵浦光的吸收效率从而提高光光转换效率而得到更好的拉曼输出功率.