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中国激光
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周炳琨

月刊

0258-7025

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021-69918427

201800

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中国激光/Journal Chinese Journal of LasersCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊是我国唯一全面反映激光领域最新成就的专业学报类期刊。主要发表我国在激光、光学、材料应用及激光医学方面卓有成就的科学家的研究论文。涉及领域包括激光器件、新型激光器、非成性光学、激光在材料中的应用、激光及光纤技术在医学中的使用，锁模超短脉冲技术、精密光谱学、强光物理、量子光学、全息技术及光信息处理。
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    基于DMD的无掩模光刻图形精准性优化方法(特邀)

    刘华黄龙刘雨晴
    398-408页
    查看更多>>摘要：基于数字微镜器件(DMD)的无掩模光刻技术作为一种新兴技术在光刻领域备受关注，该技术利用DMD实现光刻掩模的数字化控制，为微纳米加工和快速原型制作提供了一种全新的解决方案。然而，在DMD无掩模光刻技术中还存在着一些问题，如投影畸变、像素化效应和邻近效应等，这些问题严重影响了光刻图形的精准性。本课题组基于多年的工作基础，全面分析了影响光刻图形质量的因素，并系统总结了几种提高光刻图案精准性的方法，包括数字掩模补偿法、像素叠加优化方法和飞秒局部修饰技术等。基于这些方法的相互配合，本课题组将投影畸变由37。7μm降低至1。7 μm，将像素化效应降低为原来的1/6，将邻近效应造成的局部形变尺寸减小为1μm左右，制备出了高精准性的光刻图形。

    投影光刻数字微镜器件光刻质量飞秒激光

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    基于电介质波导耦合的超分辨干涉光刻研究

    李小甜张文鹏周毅温中泉...
    409-414页
    查看更多>>摘要：基于电介质波导耦合理论，本课题组提出了一种超分辨干涉光刻方法。该方法通过构建非对称波导实现了倏逝波的增强传输和干涉调控。同时，通过优化设计电介质光栅，利用波导耦合效应，形成了单一衍射级次的选频传输，获得了光场强度大、均匀性好、特征尺寸约为48。75nm(约为0。12λ)的干涉图形。基于此方法设计的超分辨光刻器件膜层结构简单，降低了近场光刻器件的结构复杂度，提高了光利用效率。该方法为倏逝波调控提供了新思路，也拓展了超分辨光刻器件的设计原理。

    波导电介质光栅超分辨干涉光刻

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    基于边缘光与化学抑制方法的三维结构表面粗糙度优化研究(特邀)

    高秀君丁晨良沈小明詹刚垚...
    415-421页
    查看更多>>摘要：表面粗糙度是影响激光直写技术制备微纳光学器件质量的核心参数之一，其对于曲面类光场调控微纳器件的性能来说至关重要。在传统的刻写方法中，过低的轴向分辨率会对弯曲轮廓器件的表面粗糙度产生不利影响，使其产生不必要的台阶状痕迹，从而影响器件的光学性能。目前主要采用刻写策略优化的方式降低器件的表面粗糙度，如环形扫描方法以及将表面聚合与整体曝光固化相结合的方法。本课题组分别基于边缘光抑制技术与化学抑制技术，研究了轴向刻写特征尺寸的压缩对平面结构表面粗糙度的影响。进一步，本课题组结合两种抑制技术，提出了一种通过降低轴向分辨率来降低光学器件表面粗糙度的方法，利用此方法刻写的微透镜的表面均方根粗糙度为6。84nm。该技术为复杂光学器件制备中表面粗糙度的优化提供了参考。

    激光直写抑制剂边缘光抑制轴向分辨率表面粗糙度

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    飞秒激光打印倾斜微结构在固液界面的变形研究(特邀)

    祁乔乔李鑫凯胡海健陈超...
    422-430页
    查看更多>>摘要：在微纳制造过程中，固液耦合界面的毛细力牵引行为可能会影响微结构的稳定性，导致结构变形或倒塌。本课题组基于飞秒激光双光子打印、显影后溶剂蒸发诱导毛细力牵引过程，对单个和双倾斜微板结构在毛细力下的变形行为进行研究。通过建立固液耦合界面下倾斜微板的毛细力作用模型，综合研究了倾斜角度、微板高度和结构间距对毛细力牵引下微结构形态(内组装、倾斜和外倒塌)的影响。结果表明:固液耦合界面下结构在毛细力作用下的变形行为主要取决于结构所受毛细力(内、外毛细力)和自身支撑力之间的竞争关系。理论分析、实验结果和仿真模拟表明，在高纵横比倾斜微结构阵列中，可以通过邻近结构的耦合设计来避免不对称毛细力诱导下的微结构坍塌。本工作对涉及固液耦合情况的倾斜型、高纵横比微纳米结构的加工制造具有重要的参考意义。

    飞秒激光双光子聚合倾斜微结构固液耦合界面毛细力

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    基于飞秒激光直写技术的金属图案化研究(特邀)

    庞茂璋邱毅伟曹春匡翠方...
    431-439页
    查看更多>>摘要：飞秒激光直写是一种新型的纳米加工技术，但由于飞秒激光和金属的光热效应会产生激光烧蚀现象，难以直接在金属上实现高质量图案转移。结合飞秒激光直写技术和剥离(lift-off)工艺，开发了一种新型金属图案转移技术，可成功实现亚微米精度(0。89μm)的金属图案转移。探究了飞秒激光直写参数及显影方式和参数等对金属转移性能的影响。研究发现，随着飞秒激光曝光剂量的增加，金属转移精度有所提高。同时，干法显影效果优于湿法显影效果，且随着牺牲层显影时间的增加，转移线宽逐渐增大，但线条的粗糙度得到改善。在金属转移工艺中，通过设计并引入一定的底切角度，成功改善了金属线条的边缘翘曲和粗糙度高的现象。结合飞秒激光直写技术和lift-off工艺实现了直径为2inch(1inch=2。54 cm)的铬基转移光栅，并验证了制备的铬图案作为掩模板曝光的可行性，实现了 SU-8光刻胶上的投影曝光，证明了所提策略局部替代电子束光刻进行掩模板加工的潜力。此外，基于该策略实现了 Au和Pt的图案转移，说明所提策略具有一定普适性。

    激光技术飞秒激光直写剥离工艺金属图案化掩模板加工光刻胶

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    基于荧光成像分析的双光子直写离焦主动补偿方法(特邀)

    徐晨曦刘一宁王怡洁张琛...
    440-449页
    查看更多>>摘要：针对双光子直写大面积微纳结构中的离焦问题，提出一种基于荧光成像分析的焦点主动补偿方法。首先利用光刻胶荧光信号在光刻胶与基底介质界面处快速变化的特点，结合相应的图像处理方法分析相机捕获的荧光图像，高效地判断出物镜焦平面与基底平面间的倾角。随后，通过空间位置旋转变换关系得出加工区域内每一个加工位点的补偿值，以及补偿过程中这些位点与激光焦点在三维空间中的相对运动速度。最后，由纳米压电平移台执行相应的位置与速度即可实现对离焦的主动补偿。进行大范围微纳米线、尺度渐变微纳米结构阵列和尺度渐变复杂几何结构的双光子直写加工实验，结果表明提出的方法能有效地解决双光子直写中的离焦问题，最小补偿倾角达到4。62× 10-4 rad。在预期300 nm高度的大面积微纳米线阵列加工中，离焦补偿精度标准差达到23 nm。同时，提出的方法能够实现尺度渐变的微纳结构的高精度加工，获得的尺度渐变双针结构的最小特征结构高度为12 nm、半峰全宽为79 nm。提出的方法简单易行、不需要额外引入参考光和复杂的标定，对于降低系统技术难度和控制系统成本具有一定的现实意义。

    双光子聚合荧光成像分析焦点主动补偿微纳加工

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    基于多面体转镜HfO2薄膜的制备及性能研究

    陈兴凤张伟丽洪瑞金李令灏...
    450-456页
    查看更多>>摘要：多面体转镜是激光直写设备中激光光束扫描系统的核心部件，其光学表面的反射率和均匀性会直接影响光刻机的扫描精度。研究了沉积在转镜上的氧化铪(HfO2)膜层的光谱特性、微观结构、表面和截面形貌、堆积密度等特征，并与沉积在平面行星上的HfO2膜层的相关性能进行对比分析。测试结果表明，与平面行星上的HfO2膜层相比，多面体转镜上的HfO2膜层的折射率低0。13、堆积密度低0。15、结晶质量更差、表面粗糙度大1。01 nm。分析了多面体转镜上的HfO2膜层的均匀性，并进行技术改进，改进后的HfO2膜层的折射率提高了 0。11、均匀性提高了0。24％。

    光刻激光直写多面体转镜转镜镀膜反射率均匀性堆积密度

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    极紫外光栅波导中TE0模式有效折射率分析

    毛亚星曹清程长杰朱吉瑞...
    457-464页
    查看更多>>摘要：将极紫外光刻掩模板的吸收层视为光栅波导，对光栅波导的最低阶横电模式(TE0模式)进行理论分析。根据光栅波导电场分布的对称性，首先指出其电场分布应为双曲余弦函数cosh(·)，并提供了有效折射率的零阶近似值nff，0。利用有限元软件对TE0模式进行仿真，然后将模拟结果与解析表达式计算结果进行对比，验证理论猜测的准确性。在吸收材料为金和银的情况下，零阶近似值(neff，0)的相对误差已分别小至0。75％和0。96％。在此基础上，进一步推导出了一个简单的适用于非亚波长光栅波导有效折射率(neff)的高阶迭代公式，并用其来减小零阶近似的相对误差。数值模拟结果表明，经过7次迭代后，相对误差已减小到0。11％;经过23次迭代后，相对误差小于10-5。

    物理光学极紫外光栅波导有效折射率零阶近似值高阶数值迭代

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    石英玻璃的紫外飞秒激光光丝高精度加工技术研究

    薛波贾平岗安国文苏建慧...
    465-473页
    查看更多>>摘要：石英玻璃的高精度加工在微机电器件封装、光纤传感和微电子封装等领域有着巨大的需求。为进一步提升加工精度和加工质量，本课题组开展了基于光丝效应的343 nm紫外飞秒激光加工实验，研究了激光焦点位置、脉冲能量、重复频率、扫描速度和扫描次数对石英玻璃光丝损伤形貌的影响，并在此基础上优化工艺参数，对石英玻璃进行了快速切割和打孔实验。研究结果表明:在激光重复频率一定时，脉冲能量越大，光丝损伤越深;脉冲能量不变时，重复频率越高，光丝损伤深度越大;扫描速度的降低会增加损伤深度，但也会使加工表面的熔融物增多;增加扫描次数能显著提升加工质量。利用激光光丝加工方法切割得到的石英玻璃断面接近垂直且粗糙度小于1 μm，微孔加工的尺寸精度可达到±2 μm。

    飞秒激光石英玻璃光丝效应精密切割微孔加工

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