多光束纳秒紫外激光制作硅表面微结构

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《硅光子设计：从器件到系统》笔记

《硅光子设计：从器件到系统》阅读记录目录一、基础篇 (3)1.1 光子学基础知识 (4)1.1.1 光子的本质与特性 (4)1.1.2 光子的传播与相互作用 (5)1.2 硅光子学概述 (6)1.2.1 硅光子的定义与发展历程 (7)1.2.2 硅光子学的应用领域 (9)二、器件篇 (10)2.1 硅光子器件原理 (11)2.2 硅光子器件设计 (13)2.2.1 器件的结构设计 (14)2.2.2 器件的工艺流程 (15)2.3 硅光子器件的性能优化 (16)2.3.1 集成电路设计 (17)2.3.2 封装技术 (18)三、系统篇 (20)3.1 硅光子系统架构 (21)3.1.1 系统的整体结构 (22)3.1.2 系统的通信机制 (23)3.2 硅光子系统设计 (25)3.2.1 设计流程与方法 (26)3.2.2 设计实例分析 (27)3.3 硅光子系统的测试与验证 (29)3.3.1 测试平台搭建 (30)3.3.2 性能评估标准 (31)四、应用篇 (31)4.1 硅光子技术在通信领域的应用 (33)4.1.1 光纤通信系统 (34)4.1.2 量子通信系统 (35)4.2 硅光子技术在计算领域的应用 (36)4.2.1 软件定义光计算 (37)4.2.2 光子计算系统 (38)4.3 硅光子技术在传感领域的应用 (39)4.3.1 光学传感器 (40)4.3.2 生物传感与检测 (41)五、未来展望 (42)5.1 硅光子技术的发展趋势 (43)5.1.1 技术创新与突破 (44)5.1.2 应用领域的拓展 (45)5.2 硅光子技术的挑战与机遇 (47)5.2.1 人才培养与引进 (48)5.2.2 政策支持与产业环境 (49)一、基础篇《硅光子设计：从器件到系统》是一本深入探讨硅光子技术设计与应用的专著，涵盖了从基础理论到系统应用的全面知识。

在阅读这本书的基础篇时，我们可以对硅光子设计的核心概念有一个初步的了解。

激光微加工技术讲解

自1960年第一台激光器问世以来，激光的研究及其在各个领域的应用得到了迅速的发展。

其高相干性在高精密测量、物质结构分析、信息存储及通信等领域得到了广泛应用。

激光的高方向性和高亮度可广泛应用于加工制造业。

随着激光器件、新型受激辐射光源，以及相应工艺的不断革新与优化，尤其是近20年来，激光制造技术已渗入到诸多高新技术领域和产业，并开始取代或改造某些传统的加工业。

1987 年美国科学家提出了微机电系统(MEMS发展计划，这标志着人类对微机械的研究进入到一个新的时代。

目前，应用于微机械的制造技术主要有半导体加工技术、微光刻电铸模造(LIGA工艺、超精密机械加工技术以及特种微加工技术等。

其中，特种微加工方法是通过加工能量的直接作用，实现小至逐个分子或原子的去除加工。

特种加工是利用电能、热能、光能、声能、化学能等能量形式进行加工的，常用的方法有：电火花加工、超声波加工、电子束加工、离子束加工、电解加工等等。

近年来发展起来一种可实现微小加工的新方法：光成型法，包括立体光刻工艺、光掩膜层工艺等。

其中利用激光进行微加工显示出巨大的应用潜力和诱人的发展前景。

为适应21世纪高新技术的产业化、满足微观制造的需要，研究和开发高性能激光源势在必行。

作为激光加工的一个分支，激光微加工在过去十年被广泛关注。

其中原因之一是由于更加有效的激光源不断涌现。

比如具有非常高峰值功率和超短脉冲固体激光，有很高光束质量的二极泵浦的Nd:YAG激光器等。

另外一个原因是有了更为精确、高速的数控操作平台。

但一个更为重要的原因是不断涌现的工业需求。

在微电子加工中，半导体层的穿孔、寄存器的剪切和电路修复都用到激光微加工技术。

激光微加工一般所指加工尺寸在几个到几百微米的工艺过程。

激光脉冲的宽度在飞秒（fs ）到纳秒（ns ）之间。

激光波长从远红外到X 射线的很宽波段范围。

目前主要应用于微电子、微机械和微光学加工三大领域。

随着激光微加工技术的发展和成熟，将在更广的领域得到推广和应用。

超快激光精密制造技术的研究与应用

第５０卷　第１２期激光与红外Ｖｏｌ．５０，Ｎｏ．１２　２０２０年１２月ＬＡＳＥＲ　＆　ＩＮＦＲＡＲＥＤＤｅｃｅｍｂｅｒ，２０２０文章编号：１００１５０７８（２０２０）１２１４１９０７·综述与评论·超快激光精密制造技术的研究与应用杜　洋，赵　凯，朱忠良，王　江，邓文敬，梁旭东（上海航天设备制造总厂有限公司，上海２００２４５）摘　要：超快激光以其超短的激光脉冲、超高功率密度、较低的烧蚀阈值、加工超精细及可实现冷加工等特点，近年来受到国际学术界和工程界的广泛关注。

本文梳理了超快激光精密制造技术的发展历史，综述了超快激光精密制造技术在表面加工及三维加工领域的工艺研究及应用进展，并介绍了超快激光精密制造装备在国内外的研制情况，对今后超快激光精密制造技术研究的发展趋势进行了探讨和展望。

关键词：超快激光；精密制造；微纳结构；装备中图分类号：ＴＮ２４９文献标识码：ＡＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１５０７８．２０２０．１２．００１ＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｕｌｔｒａｆａｓｔｌａｓｅｒｐｒｅｃｉｓｉｏｎｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙＤＵＹａｎｇ，ＺＨＡＯＫａｉ，ＺＨＵＺｈｏｎｇｌｉａｎｇ，ＷＡＮＧＪｉａｎｇ，ＤＥＮＧＷｅｎｊｉｎｇ，ＬＩＡＮＧＸｕｄｏｎｇ（ＳｈａｎｇｈａｉＡｅｒｏｓｐａｃｅＥｑｕｉｐｍｅｎｔｓＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００２４５，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｕｌｔｒａｆａｓｔｌａｓｅｒｆｅａｔｕｒｅｓｕｌｔｒａｓｈｏｒｔｌａｓｅｒｐｕｌｓｅｓ，ｕｌｔｒａｈｉｇｈｐｏｗｅｒｄｅｎｓｉｔｙ，ｌｏｗａｂｌａｔｉｏｎｔｈｒｅｓｈｏｌｄｓ，ｕｌｔｒａｆｉｎｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇａｎｄｃｏｌｄｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇＩｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓ，ｉｔｈａｓｒｅｃｅｉｖｅｄｅｘｔｅｎｓｉｖｅａｔｔｅｎｔｉｏｎｆｒｏｍｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌａｃａｄｅｍｉｃａｎｄｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｃｉｒｃｌｅｓＴｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｈｉｓｔｏｒｙｏｆｕｌｔｒａｆａｓｔｌａｓｅｒｐｒｅｃｉｓｉｏｎｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｓｓｏｒｔｅｄｏｕｔ，ａｎｄｔｈｅｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｕｌｔｒａｆａｓｔｌａｓｅｒｐｒｅｃｉｓｉｏｎｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｏｆｓｕｒｆａｃｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇａｎｄ３ＤｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｉｓｒｅｖｉｅｗｅｄＡｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅ，ＴｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｕｌｔｒａｆａｓｔｌａｓｅｒｐｒｅｃｉｓｉｏｎｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｅｑｕｉｐｍｅｎｔａｔｈｏｍｅａｎｄａｂｒｏａｄｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄＦｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｔｒｅｎｄｏｆｕｌｔｒａｆａｓｔｌａｓｅｒｐｒｅｃｉｓｉｏｎｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｒｅｓｅａｒｃｈｉｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄａｎｄｐｒｏｓｐｅｃｔｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｕｌｔｒａｆａｓｔｌａｓｅｒ；ｐｒｅｃｉｓｉｏｎｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ；ｍｉｃｒｏｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ基金项目：国家自然科学基金青年基金项目（Ｎｏ５１７０５３２８）；上海市青年科技英才扬帆项目（Ｎｏ１７ＹＦ１４０８５００）资助。

毛细力辅助飞秒激光直写制备各向异性及多级结构

毛细力辅助飞秒激光直写制备各向异性及多级结构苏亚辉;范珍珠;汪超炜;胡衍雷;吴东【摘要】将飞秒激光双光子聚合加工技术和毛细力诱导自组装技术相结合实现了各向异性结构和多级结构的制备.首先,使用飞秒激光双光子加工技术加工出微柱阵列,将微柱置于显影液中显影,然后放置在空气中.在显影液蒸发的过程中,微柱结构单元受到毛细力的作用而弯曲实现自组装.通过控制微柱的高度和直径的不一致性实现了两种各向异性结构制备方法,并成功制备了底层微柱直径分别为2 μm和6 μm 双层结构.由于毛细力的大小和微柱高度无关,且同样端部变形量下较高微柱的弹性回复力小于较低微柱的弹性回复力,更易发生弯曲;直径较大的微柱具有更强的抗弯曲能力,从而引导直径较小的微柱向较大的微柱倾斜,藉此制备了各向异性结构.使用毛细力自组装辅助飞秒激光微纳加工可以实现灵活可控的复杂3D结构的加工,并将在生物医药、化学分析、微流体等领域发挥重要作用.%A method for preparation of designable anisotropic and hierarchical structures using femtosecond laser printing and capillary force assisted self-assembly was proposed.First, a periodic micro-pillar arrays template was fabricated by localized femtosecond laser polymerization.The micro-pillars were immersed in developed solution for about 40 min and subsequently exposed in the air.During the evaporation of developed solution, micro-pillars was self-assembled into periodic anisotropic architectures with the assistance of capillary force.Two methods to fabricate anisotropic structures were proposed.One was realized via controlling heights of pillars in a cell, the other was achieved via controlling pillardiameters.Furthermore, double-layer structures with underlayer pillardiameters of 2 μm and 6 μm were fabricated respectively.The result s indicate that the capillary force is irrespective to the height of pillars, and the elastic restoring force of the higher pillars is stronger than the lower pillars, thus higher pillars are prone to bend and the pillars with larger diameter are more likely to remain plex 3D structures can be achieved flexibly by combing femtosecond laser fabrication with capillary force self-assembly technology, which will play essential roles in biomedicine, chemistry and microfluidic engineering.【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2017(025)008【总页数】7页(P2057-2063)【关键词】激光加工;飞秒激光;毛细力自组装;各向异性结构;多级结构【作者】苏亚辉;范珍珠;汪超炜;胡衍雷;吴东【作者单位】安徽大学电气工程与自动化学院,安徽合肥 230601;安徽大学计算智能与信号处理教育部重点实验室,安徽合肥 230009;安徽大学电气工程与自动化学院,安徽合肥 230601;中国科学技术大学精密机械与精密仪器系,安徽合肥230022;中国科学技术大学精密机械与精密仪器系,安徽合肥 230022;中国科学技术大学精密机械与精密仪器系,安徽合肥 230022【正文语种】中文【中图分类】TN249飞秒激光双光子聚合加工技术可对任意复杂三维结构进行真三维直写，具有无需光学掩膜，加工分辨率可突破衍射极限等优点[1]。

激光微纳加工技术创新与发展动态

激光微纳加工技术创新与发展动态激光微纳加工技术是一种利用激光对微米和纳米尺度的物质进行加工和制造的科技手段。

近年来，随着纳米科技和微纳制造的快速发展，激光微纳加工技术在材料科学、生物医学、光电子学等领域展现出巨大的潜力。

本文将从技术创新和发展动态两个方面，分析激光微纳加工技术的最新成果与前景。

一、技术创新1. 激光直写技术激光直写技术是一种通过激光束直接进行材料加工的方法。

在过去，激光直写技术主要用于光纤与集成光子芯片的制造。

然而，最近的研究表明，激光直写技术也可以用于制造微纳结构和生物医学器械。

通过控制激光束的功率和聚焦点，激光直写技术可以实现对材料的高精度加工，如微米级的结构和孔洞。

此外，激光直写技术还可以用于制造微纳流体器件和生物芯片，为生物医学研究和临床诊断提供了新的手段。

2. 超快激光加工技术超快激光加工技术是一种利用超快激光脉冲对材料进行高精度加工的方法。

与传统的激光加工方法相比，超快激光加工技术具有更高的加工精度和效率。

通过调节激光脉冲的幅度和频率，可以实现对材料的微纳结构加工。

超快激光加工技术在光电子器件、光学元件和光电子材料等领域有着重要的应用。

例如，通过超快激光加工技术可以制造出高效的光伏材料和光学元件，有助于提高光电转换效率和光学传输性能。

二、发展动态1. 激光微纳加工技术在材料科学中的应用激光微纳加工技术在材料科学中的应用越来越广泛。

通过激光微纳加工技术可以制造出具有特殊结构和性能的材料，如纳米线、纳米点阵和纳米图案等。

这些材料具有很高的比表面积和各向异性特性，可以在催化、传感和能源存储等领域发挥重要作用。

此外，激光微纳加工技术还可以用于制造高强度、高硬度和高导热性能的材料，如金属合金和陶瓷材料，为航空航天、汽车工业和能源领域的发展提供了新的材料支持。

2. 激光微纳加工技术在生物医学中的应用激光微纳加工技术在生物医学中的应用也备受关注。

通过激光微纳加工技术可以制造出微米级别的生物芯片和医学器械，如微流控芯片和植入式生物传感器。

微纳结构增透原理-概述说明以及解释

微纳结构增透原理-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述微纳结构是指在微米（10^-6m）和纳米（10^-9m）尺度下具有特定形貌和特性的结构。

它们通常具有高度的周期性和规律性，能够引导、调控和操纵光波的行为，具有优异的光学性能。

在光学领域，微纳结构可用于实现增透、抗反射、捕获光能等功能。

本文将探讨微纳结构在增透方面的原理及其在光学领域的应用，旨在深入了解这一领域的重要性和潜力。

1.2 文章结构本文主要分为三个部分：引言、正文和结论。

在引言部分中，将概述微纳结构增透原理的基本情况，介绍文章的结构和目的。

在正文部分，将详细探讨微纳结构的定义和特点，重点研究微纳结构增透原理，以及微纳结构在光学领域的应用。

最后，在结论部分将总结微纳结构增透原理的重要性，展望微纳结构在未来的发展，并对全文进行总结。

通过这样的结构安排，读者可以系统地了解微纳结构增透原理的相关知识，并对其在光学领域的发展和应用有一个清晰的认识。

1.3 目的:本文旨在深入探讨微纳结构增透原理，分析其在光学领域中的重要性和应用。

通过对微纳结构的定义和特点进行解释，揭示其在光学领域中的作用机制。

同时，通过探究微纳结构在光学器件中的应用案例，展示其在实际工程中的价值和潜力。

最终，总结该原理的重要性和未来发展方向，为读者提供更深入的了解和思考。

希望通过本文的研究，可以为相关领域的科研人员和工程师提供启发，促进微纳结构技术的进一步发展和应用。

2.正文2.1 微纳结构的定义和特点微纳结构是指具有微米级或纳米级特征尺度的结构。

它们通常具有周期性的排列或特定的形状，可以通过精密的制备技术来实现。

微纳结构的特点包括：1. 尺度小：微纳结构的特征尺度通常在微米级或纳米级，相比传统的宏观结构，具有更小的尺寸。

2. 表面积大：由于微纳结构具有复杂的表面形貌和大量的微观结构，其表面积相比同等体积的材料更大，可以提高材料在光学、电子等领域的性能。

3. 光学性质优异：微纳结构对光的相互作用较强，可以实现光的控制和调制，因此在光学领域有着广泛的应用。

光束整形技术展现出应用于激光加工业的潜力

的痕迹。
焊接、热传导焊接和不锈钢焊接中。
但是，直接半导体激光加工的应用潜力比光纤耦合激光器更大。一些新的应用。如印刷电路板生
产过程中传感器座和电接触的微焊、金属薄片的精
细切割以及半导体和显示器制造中的焊接、热处理
然而，在很多应用中并不需要高脉冲峰值功
对于激光材料加工而言．除了选择合适的激光光源外，选取能够产生适当光场剖面的高效能光学元件也至关重要在研发适于上述应用的光学器件时．优先需要
微光学光束整形技术改善了气体激光器、固体
激光器、光纤激光器以及半导体激光器等多种激光器的性能。光束整形光学器件可以预先在坚固、紧
其它特别订制的特殊图形。借助ＬＭＯ公司独特的制造技术，配合计算机Ｉ
辅助设计，可以低成本地在晶片上制作各种形状表
微透镜阵列光束整形技术的发展不仅带来了新的应用方案，也使现有的应用技术得到了改进。这
项技术使工业半导体激光器系统能够具备优良的光束质量，加之激光器价格的降低，将为整个领域带来新的机遇，特别是在直接半导体激光焊接、切割
约营运成本并节省设备占地面积。
２直接半导体激光焊接及切割
借助微透镜阵列光束整形技术来改善光束质量可以带来经济效益，验证这一点的一个很好的例子就是可以对小尺寸的工件进行热传导焊接与切割。在过去，其优点之一是具有高重复频率及纳秒脉冲周期的脉冲激光光源，在金属表面几乎看不出焊接

SiC机械密封环表面微织构激光加工工艺

ＳＣ机械密封环表面微织构激光加工工艺ｉ
符永宏，王祖权，纪敬虎，杨东燕，符昊
（江苏大学机械工程学院，江苏镇江２２１）１０３
摘要：采用声光调Ｑ二极管泵浦Ｎ：ＡｄＹＧ激光器，利用“ 脉冲同点间隔多次” 单激光加工工艺，对碳化硅机械密封试样端面进行激光表面微织构的加工工艺试验研究．用ＷｙｏＮ１０采ｋ－Ｔ１０表面
流为１４～１重复频率为１５０～０ｚ扫描速度为８～５ｍｓ６Ａ，０２５０Ｈ，２ｍ／．
关键词：化硅；碳机械密封；光表面织构；尺度；艺参数激跨工中图分类号：２７９Ｔ２９文献标志码：￥７．；Ｎ４Ａ文章编号：６４—８３（０２００００１７５０２１）２— ２９— ５
ｔｍｅ，ｒｐｅｔｄａｎｅｖｌ”，ａｄｔｅｇｏｔｃｐｒｍｅｅｓｏｅｔｅｗｅｅｍｅｓｒｄｂｙｍｅｎｓｏｙｉｅａｅｔｉｔｒａｓｎｈｅｍｅｒａａｔｒｆｔｘｕｒｒａｕｅａｆＷ・ｉ
ｋ — Ｔ０ｓｒｃｒｆｅ，ｕｔｅｔｅｅｅｔｆａｅｒｅｓｇｐｒｍｔｓ（ｕｐｎｕｒｎ，ｅｅｉｏＮ１０ｕａｅｐｏｌｆｒｒｈｆｃｏｓｒｏｓｎａａｅｒｐｍｉｇｒｔｒｐｔ１ｆｉｒｈｆｌｐｃｉｅｃｅ — ｔｎｆｑｅｃ，ｕｂｒｆｅｃａｏｓｓａｎｎｐｅ）Ｏｅｇｏｅｒａｐｒｍｔｓａｄｑａｔｏｉｅｕｎｙｎｍｅｘｉｔｎ，ｃｎｉｇｓｅｄｉｔｅｍｔｃｌａｅｒｎｕｌｙｆｏｒｏｔｉｌｈｉａｅｉ

硅片纳米倒金字塔结构

硅片纳米倒金字塔结构
硅片纳米倒金字塔结构是一种新型的纳米结构，它具有很多优异的性能和应用前景。

这种结构的制备方法主要是通过纳米加工技术，将硅片表面进行加工，形成倒金字塔形状的结构。

硅片纳米倒金字塔结构具有很多优异的性能，其中最重要的是其表面积大、光学性能优异和生物相容性好。

由于其表面积大，可以增加其与其他物质的接触面积，从而提高其反应速率和效率。

同时，硅片纳米倒金字塔结构的光学性能也非常优异，可以用于制备高效的太阳能电池、光电探测器等光电器件。

此外，硅片纳米倒金字塔结构的生物相容性也非常好，可以用于制备生物传感器、生物芯片等生物医学器件。

硅片纳米倒金字塔结构的制备方法主要有两种，一种是通过干法加工，另一种是通过湿法加工。

干法加工主要是利用电子束或离子束等高能粒子对硅片表面进行加工，形成倒金字塔形状的结构。

湿法加工则是利用化学反应，在硅片表面形成一层氧化硅膜，然后通过湿法腐蚀的方法，将硅片表面进行加工，形成倒金字塔形状的结构。

硅片纳米倒金字塔结构的应用前景非常广泛，可以用于制备高效的太阳能电池、光电探测器、生物传感器、生物芯片等各种光电器件和生物医学器件。

此外，硅片纳米倒金字塔结构还可以用于制备纳米机械器件、纳米流体器件等纳米器件，具有很大的应用潜力。

硅片纳米倒金字塔结构是一种非常有前途的纳米结构，具有很多优异的性能和应用前景。

随着纳米技术的不断发展，硅片纳米倒金字塔结构的制备方法和应用领域也将不断拓展和深入。

激光诱导等离子体微纳加工

摘要随着微加工和微系统技术的发展，表面微/纳米结构广泛应用于各种功能微系统的制备，因此在半导体、玻璃、陶瓷等各种难加工材料上高效制备高质量的微/纳米结构显得尤为重要。

目前，微结构的制备方法主要是精密机械加工、微细电火花加工、光刻和激光加工等。

相比较其他的制备手段，激光加工技术作为一种高度柔性和智能化的先进加工技术，有着非接触、能量精确可控、材料适应性广、质量优、节能环保等综合优势，但是激光加工的热效应在微结构的制备过程中留下了缺陷，具体表现为边缘重铸层严重、亚表面层微裂纹，这对器件的功能的实现会有显著的影响，所以研究一种新型的激光加工方法很有必要。

本文以制备高质量的微结构为目标，采用激光诱导等离子体微纳加工（LIPMM）方法。

分析到磁场具有调控运动带电粒子的作用，所以在激光诱导等离子体加工的基础上，深入的开展了磁控激光诱导等离子体微纳加工的研究。

本文的创新点、研究内容和结论如下：（1）通过对比激光在空气（Air）中加工、液体辅助激光加工（Ethanol-Assist），LIPMM加工结果，阐明了激光诱导等离子体加工的优势，对比结果显示在重塑层和热缺陷方面LIPMM加工都得到了很大的改善。

（2）考虑到磁场具有约束等离子体扩散的能力，可以保证激光诱导等离子体加工的稳定性，本课题提出并研究了相斥磁场调控激光诱导等离子体加工（MC-LIPMM）技术，重点分析了MC-LIPMM的材料去除机理。

结果表明，在洛伦兹力的作用下，激光诱导等离子体的体积受到限制，获得了一种高质量的无热缺陷光滑微沟槽。

（3）基于激光诱导等离子体加工的独特优势，本文首次提出了基于激光诱导等离子体的二次扫描加工方法，调控微槽截面形状并提升了微槽表面粗糙度。

结果表明通过二次扫描的方法，能够有效调控微槽截面轮廓，且微槽表面粗糙度能够从数百纳米级别下降到百纳米以下。

并建立了预测沟槽形状的半经验模型，从理论上解释了二次扫描截面轮廓变化和表面粗糙度改善的原因。

532nm纳秒激光辐照下的单晶硅表面微结构及荧光特性

摘
要：采用ＮｄＹＡ纳秒脉冲激光对单晶硅在空气中进行辐照，究了表面微结构在不同能量密度：Ｇ研
和扫描速度下的演化情况。扫描电子显微镜测量表明，光在相对较低能量密度下辐照硅表面诱导出鱼鳞状激
结构的多孔硅和纳晶硅样品，并对多孑硅和纳晶硅样品表面形态、Ｌ发光特性、发光机理及其应用等方面进行了
广泛而深入的研究１。但因工艺较为复杂，备出来的硅基样品在发光性质方面不是很好，其应用进展缓制使
吸收面积；元素在光致发光增强上起重要作用，构造硅和ＳＯ对光致荧光的发射都有贡献。氧微ｉ关键词：激光辐照；单晶硅；微构造；荧光特性
中图分类号：ＴＮ２９４文献标志码：Ａｄｉ１．７８ＨＰｏ：０３８／ＬＰＢ０２４１２９２１２１．５９
合物半导体小３个多量级＿。因此 “ 发光 ” １］硅是著名的难题，到１９直９０年Ｃｎａ发现室温下多孔硅在近红外ａｈｍ
区和可见光区可以产生强烈的光致荧光现象，而改变了硅材料不能用作发光材料的传统观念。哈佛大学］从
发光增强上起重要作用。能量色散ｘ射线谱（Ｄ）明氧元素的含量随激光能量密度的增大而增加。研究表ＥＳ表明：秒激光的能量密度和扫描速度对微结构形成起着决定性作用，变了硅材料表面微结构尺寸，大了光纳改增

纳秒紫外激光器安全操作及保养规程

纳秒紫外激光器安全操作及保养规程前言纳秒紫外激光器是一种高能辐射设备，对人体和环境都有潜在危害。

为了保证操作安全和设备正常运行，我们制定了以下的安全操作及保养规程。

安全操作规程1. 操作前检查在开机之前，必须对设备进行全面检查，确保设备正常。

具体操作如下：•检查激光出射口处是否有障碍物，如有必须清除•检查光束是否正常对准各个实验设备，需要时进行调整•检查设备内部的温度、压力等参数，确保在正常范围之内2. 操作准备在操作前必须做好以下准备：•穿戴防护设备，包括紫外线防护镜、防护服、手套等•确定操作的目的和方案，遵守实验室和设备的操作规程•把设备设置成适合当前实验的参数，如波长、功率等•在实验室门口设置警告标志，并告知其他人员实验正在进行3. 操作时注意事项在操作过程中需注意以下事项：•不得直接对准激光光束观察或检测•不得扫描激光光束•不得在激光光束路径上工作或休息，以免受到辐射4. 操作后处理实验操作完成后，必须做好以下处理工作：•关闭设备电源，切断所有电源•切断激光输出，关掉激光器•检查设备运行状况，准备下次实验操作•清理实验环境，保持干净整洁保养规程良好的设备保养可以确保设备光学性能稳定，延长设备寿命，降低设备故障率。

以下是本设备的保养规程。

1. 日常保养每天在操作结束后，需要进行以下日常保养：•清理激光器件表面灰尘、污物•清理激光输出口•检查管路，确保无泄漏、无堵塞•定期检查使用寿命，保证光源质量2. 月度保养每个月需要进行以下月度保养：•检查并清洗硅镜设计的污物、沉积物•用镜片分光计检查激光波长、光谱、功率等参数3. 季度保养每季度需要进行以下季度保养：•检查激光器以及光路系统各防护镜片的情况•清洗激光器的水冷系统及水泵4. 年度保养每年需要进行以下年度保养：•更换激光器光源•更换激光器水冷系统的水总结通过以上的安全操作规程及保养规程，可以确保纳秒紫外激光器得到安全、稳定地运行。

在操作过程中，我们还要遵循实验室和设备的操作规程，保持安全意识，提高操作技能，确保实验的准确性、稳定性和可靠性。

激光表面处理技术

激光表面处理组织
高碳钢也可分为两层：外层是隐针马氏体；内层是隐针马氏体加未溶碳化物。
铸铁大致可分为三层：表层是熔化－凝固所得的树枝状结晶，此区随扫描速度的增大而减小；第二层是隐针马氏体加少量残留的石墨及磷共晶组织；第三层是较低温度下形成的马氏体。
激光表面处理技术优
点
激光表面处理是采用大功率密度的激光束,以非接触性的方式加热材料表面, 借助于材料表面本身传导冷却,来实现其表面改性的工艺方法。它在材料加工中的如
激光冲击处理特点
激光冲击处理具有应变影响层深,，冲击区域和压力可控,对表面粗糙度影响小，易于自动化等特点。与喷丸相比，激光冲击处理获得的残余压应力层可达1 mm,是喷丸的2~5 倍。而挤压、撞击强化等强化技术只能对平面或规则回转面进行。另外，激光冲击处理能很好地保持强化位置的表面粗糙
5) 通常只能处理一些薄板金属，不适宜处理较厚的板材；
( 6) 由于激光对人眼的伤害性影响工作人员的安全，因此要致力于发展安全设施。
激光表面处理技术
美国正在研究用激光淬火处理飞机的重载齿轮，以取代渗碳淬火的化学热处理工艺。
----直升飞机辅助动力装置的行星齿轮 ----飞机主传动装置的传动齿轮用激光硬化的飞机重载齿轮，不需要最后研磨，大大降低了生产成本，提高生产率。 ----采用激光硬化飞机发动机气缸内壁，比氮化处理快14倍，且所得到的硬化层比经过 10～20h氮化处理的硬化层还厚，质量优良，几乎无变形。
合金化层与及基体间激光表面合金化工艺的最大冶特点金是结仅合在熔化区和
很小的影响区内发生成分、组织和性能的变化, 对基体的热效应可减少到最低限度,引起的变形也极小。它既可满足表面的使用需要,同时又不牺牲结构的整体特性。它的另一显著特点是所用

1064nm纳秒脉冲激光诱导硅表面微结构研究

纳秒脉冲激光诱导硅表面微结构研究*1064 nm 杨宏道李晓红李国强袁春华唐多昌徐琴邱荣王俊波( 西南科技大学理学院激光与光电子实验室，极端条件物质特性实验室，绵阳 621010 )(2010 年 3 月 17 日收到;2010 年 5 月 7 日收到修改稿)利用 Nd :YAG 纳秒激光( 波长为 1064 n m ) 在不同气氛( 空气、N 2 ，真空) 中对单晶硅进行累积脉冲辐照，研究了表面微结构的演化情况. 在激光辐照的初始阶段，与 532 和 355 nm 纳秒脉冲激光在硅表面诱导出波纹结构不同，1064 nm 脉冲激光诱导出了微孔结构和折断线结构，并且硅的晶面取向不同，相应的折断线结构也不同. 对于 Si (111 ) 面，两条折线交角为 120 ° 或 60 ° ，形成网状;而对于 Si (100 ) 面，两条折断线正交，从而将表面分成了 15 —20 μm 的矩形块. 结果表明，微孔结构的生长过程主要与相爆炸有关，而折断线的形成主要是热应力作用的结果. 不同气氛对微结构形成的影响表明，刻蚀率和生长率与微结构的形成有密切的关系.关键词: 纳秒激光，硅的微结构，相爆炸，热应力P A C S : 79 . 20 . E b ，61 . 72 . u f ，68 . 37 . － d引言 2 . 实验1. 实验采用单面抛光 (100 ) 和 (111 ) 取向的两种单晶硅片. 首先把硅片切成 1 cm × 1 cm 小片，再将样品在丙酮和甲醇中分别超声清洗 15 m i n ，用氮气将硅片吹干，然后将单晶硅样品固定在样品台上.实验中采用脉冲持续时间 10 ns ，基频波长 1064 nm 的 Nd :YAG 纳秒脉冲激光器，脉冲激光通过焦距为 25 cm 的聚焦透镜垂直入射到硅样品表面，辐照脉冲数通过机械快门来控制. 纳秒激光脉冲的空间强度分布为近高斯型，聚焦后辐照到样品上的光斑直径为 300 —500 μm ，实验所采用的激光能量密度为4. 5 J / cm 2，激光辐照后的样品通过扫描电子显微镜 ( TM -1000 型 S E M ，日立公司 ) 进行分析.利用脉冲激光对固体材料进行表面修饰和改性［1 —20 ］是近年来广泛研究的一个领域. 早期的研究主要是利用脉冲激光在相对较低的能量密度 ( E d < 1 J / cm 2 ) 下辐照材料表面，可获得波纹状周期表面结构 ( L aser -I nduced Periodic Surface S t ruc t uresLIPSSs )［3 ］. 这种周期性结构已经在金属、陶瓷、聚合物和半导体材料［6 —9 ］上得到了广泛的研究. 随着对脉冲激光诱导固体表面微结构研究的不断深入， Mazur 等［16 —18 ］发现用能量密度在烧蚀机理范围内的激光照射硅，累积一定的脉冲数可形成锥形尖锋结构. 硅的这种微结构以其优异的光电性能已成为下一代新型的光电材料［16 —19 ］. 为了研究硅在激光脉冲的辐照下表面如何形成三维周期微结构，我们利用 Nd :YAG 纳秒激光对硅做了研究［21 ］，在 SF 气氛 6或空气中激光脉冲累积辐照单晶硅均可产生锥形尖峰结构. 为了更详细地了解微结构的生长及环境条件的影响，利用波长为 1064 nm 的 Nd :YAG 纳秒激光，在不同气氛环境下对硅表面进行累积脉冲辐照，研究了表面微结构的演化情况，分析了不同晶3 . 实验结果及分析3. 1. 空气中的情况图 1 为 1064 nm 脉冲激光在空气中作用于不同J / cm 2) 辐照硅片时，硅表面出现了折断和微孔现象. 对于 Si (111 ) 面，两条折线相交为 120 ° 或 60 ° 形成网状( 如图 1 ( a ) 所示) ;而对于 Si (100 ) 面，两条折断线相交 90 ° ，形成格子状，从而将表面分成了 15 —20 μm 的矩形块( 如图 1 ( b ) 所示) . 折断线的出现与单晶硅的晶面取向有密切的关系. 当材料表面的形式向内扩散，使材料内部形成非均匀温度场.在激光加热形成的非均匀温度场和变形约束作用下，材料中便产生了热应力，即激光热应力［22 ］. 因此可以认为这种折断线结构是激光脉冲在硅表面累积产生的热应力效应.图 1 1064 nm 脉冲激光在空气中作用不同晶向硅表面形成折断的形貌 N = 10 . ( a ) Si ( 111 ) 面，( b ) Si (100 ) 面在我们前面的研究［23 ］中发现，脉冲激光的波长是 355 和 532 nm 时，在几个脉冲的作用下，硅表面出现的一般是波纹结构，而不是折断线结构. 由于光吸收率很小，结合文献［17 ］可知，硅对 355 ，532 ，1064 nm 波长的光的吸收率依次减小. 由此认为不同波长的脉冲激光与硅相互作用形成不同的结构与硅对各种波长的光的吸收率的差异有密切的关系.硅的禁带宽度为 1. 1 eV ，由 h ν = E g 可得出吸收光的截止波长( λ = c / ν，c 是光速) 为 1. 127 μm . 1064 nm 因为很接近截止波长，所以硅对 1064 nm 波长的图 2 1064 nm 脉冲激光在空气中作用不同晶向硅表面形成微结构的形貌 ( b ) 为Si (100 ) 面N = 2000 . ( a ) 为 Si (111 ) 面，图 2 是 1064 nm 脉冲激光对不同晶向的硅表面在空气中累积脉冲数达到 2000 时形成的微结构的形貌图. 由图 2 ( b ) 不难看出，Si (100 ) 面形成的微结构排列较整齐;而 Si (111 ) 面微结构的排列要凌乱一些( 如图 2 ( a ) 所示) . 这表明单晶硅在激光脉冲累积作用下产生的微结构与晶面取向有关. 氮气中的情况3. 2. 图 3 为利用 1064 nm 纳秒脉冲激光在氮气中辐照 S i (100 ) 表面的形貌演化过程 ( 激光能量密度为4. 5 J / cm2 ，100 kPa). 当作用10 个脉冲后，硅表面开始变得粗糙(图3 (a ))，同时有突起和微孔(2 —3 μm)产生. 随着脉冲数的增加(50 个)，突起更加明显，微孔也更大更多(图3 (b )). 当脉冲数增加到100 个时，相邻的微孔变大，相连，变成沟槽状(图3(c)). 脉冲数达到200 个时，沟槽数量已变得非常多(图3 (d)). 2000 个脉冲后，辐照区域的中央便形成较钝的锥形微结构(图3 (e )). 由其放大倍率的SEM 图可知，微结构的尺寸大小约为20 —30 μm，数密度约为2. 9 ×10 4 spike / cm2 .(a)N = 10 ，(b)N = 50 ，(c)N = 100 ，(d)N = 200 ，(e )N =图3 N2 环境中1064 nm 脉冲激光作用下硅表面形貌的演化过程2000 ，(f)，(g)，(h)分别为(e)，(a)及(b)的放大图在激光辐照的初始阶段(脉冲数为10 —50 个)，我们通过观察高倍率放大的SEM 图(图3 (g )，(h))，发现硅表面同样出现了大小不等的微孔和折早是在与亚表面过热效应相关的激光烧蚀领域中出现的［26 ］. 当硅被波长1064 nm 纳秒激光(脉宽为15 ns)辐照后，出现了微米量级的空洞、裂缝、被困在解理面处断裂，则此处硅原子之间的作用力也较弱，所以在折断线附近出现微孔结构的概率也就会相对较大. 因此，硅表面微孔和颗粒状的物质的形成与相爆炸和亚表面过热效应有密切的关系. 出，在真空、氮气或空气中均可形成锥形结构，但在真空中形成的较钝、且顶部光滑，在氮气中形成的较规则，而在空气环境下形成的则很不规则. 同时可以看出，三种气氛下微结构的数密度有很大的不同. 经过估算，空气、氮气和真空中硅的微结构数密度依次为 1. 5 × 10 5，3 × 104 和 1. 8 × 10 4 spike / cm 2 . 3. 3. 不同环境的比较图 4 是 1064 nm 脉冲激光在各种不同气氛下作图 4 1064 nm 脉冲激光在各种不同气氛下作用于硅表面产生的微结构的 SEM 图能量密度均为 4. 5 J / cm 2，N = 2000 ， ( a ) 空气，( b ) N 2 ，( c ) 真空在本实验条件下，空气中由于氧的存在，因此其氧化性比氮气及真空中要强. 氮气在常温常压下是比较稳定的气体，但是在纳秒激光辐照下，由于聚焦后的激光具有相当高的峰值功率，当激光辐照在硅表面时，会在较短的时间内使被辐照的区域处于高温高压环境下，而此时与被辐照表面接触的氮气也会处于该环境中. 所以当氮气处于高温高压环境中时，就会表现出氧化性. 由于真空中受环境气体的影响最小，即在激光辐照下真空环境表现出来的氧化性也应该比氮气环境小. 而一般气体氧化性越强，则刻蚀率越大［10 ］. 因此，空气、氮气、真空中硅的刻蚀率依次减小. 接下来考虑气体环境对微结构生长率的影响，Lowndes 等［10 ］认为若硅液滴保持的时间为 200 ns ，微结构在 200 个脉冲作用下其直径中) ，0. 06 m / s ( N 2 中) 和 0. 05 m / s ( 空气中) . 比较微结构的生长率，发现真空、N 2 和空气下生长率依次变小，与刻蚀率的变化截然相反. 这是因为微结构的生长率主要是由形成的尺寸来表征的，而刻蚀率是由不同气氛环境来决定的.4 . 结论我们用波长 1064 nm 的 Nd :YAG 纳秒脉冲激光在一定能量密度和脉冲数下对单晶硅在空气、真空和 N 环境下进行连续辐照，发现均可形成锥形微 2 结构，并研究了影响微结构的若干因素. 不同于 532和 355 nm 波长激光辐照下硅表面出现的波纹结构，发现当脉冲数为 10 —50 个时，1064 nm 激光辐照硅表面出现了折线和微孔的结构，此过程中可能发生了相爆炸. 对于折断线结构，主要是热应力作用导致的结果. 最后，对比发现不同气氛对微结构形成有很大的影响，表明生长率和刻蚀率与微结构的形成有密切的关系.长大到 20 μm ，此时微结构的生长率则为 100 nm / 200 ns 或 0. 5 m / s. 即 G r = D / τN ，其中 G r 为生长率， D 为微结构的直径，N 为激光作用的脉冲数，τ 为硅液滴保持的时间. 而由图 4 测得真空、N 2 ，空气中的锥形微结构的直径依次约为 44 ，24 ，20 μm . 因此便可得出锥形微结构的生长率分别为:0. 11 m / s ( 真空［1 ］ Chen B ，Y u B K ，Yan X N ，Qiu J R ，Jian g X W ，Zh u C S2004 C h i n . P h y s . 13 968 Li C B ，Jia T Q ，Sun H Y ，Li X X ，Xu S Z ，Fen g D H ，Wan g X F ，Ge X C ，Xu Z Z 2006 A ct a P h y s . S i n . 55 217 ( in Chinese ) ［李成斌、贾天卿、孙海轶、李晓溪、徐世珍、冯东海、王晓峰、葛晓春、徐至展 2006 物理学报 55 217 ］ Bimba um M ，Stocker T L 1966 J. App l . P h y s . 17 461Huan g W Q ，Xu L ，Wang H X ，Jin F ，Wu K Y ，Liu S R ，Q in C J ，Qin S J 2008 C h i n. P h y s . B 17 1817Zhao X H ，Gao Y ，Xu M J ，D uan W T ，Yu H W 2008 A c t aP h y s . S i n. 57 5027 ( in Chine se ) ［赵兴海、高杨、徐美健、段文涛、於海武 2008 物理学报 57 5027 ］Youn g J F ，Preston J S ，van Drie l H M ，Sipe J E 1983 P h y s . Re v. B 27 1141Faucets P M ，Siegman A E 1982 A pp l . P h y s . L e tt . 40 824Rudolph P ，Ka utek W 2004 Th i n So li d F il m s 453 537Bolle M ，Lazare S 1993 A pp l . S u rf. S c i . 69 31 ［16 ］ Yo un kin R ，Carey J E ，Maz ur E ，Le vinson J A ，Friend C M2003 J. App l . P h y s . 93 2626 ［17 ］ Cro uch C H ，Carey J E ，Shen M ，Maz ur E ，Genin F Y 2004Ap p l . P h y s . A 79 1635［2 ］［18 ］ H uan g Z H ， Carey J E ， Liu M G ， G uo X Y ， Maz ur E ，Campbellet J C 2006 A pp l . P h y s . L e tt . 89 033506［3 ］［4 ］［19 ］ Ha lbwa x M ，Sarnet T ，De laporte P H ，Sentis M ，Etienne H ，Torregro sa F ，Vervisch V ，Pericha ud I ，Martin uzzi S 2008 Th i nSo li d F il m s 516 6791［20 ］ Xiong P X ，Jia X ，Jia T Q ，Den g L ，Fe ng D H ，Sun Z R ，Xu Z［5 ］Z 2010 A ct a P h y s . S i n . 59 311 ( in Chine se ) ［熊平新、贾鑫、贾天卿、邓莉、冯东海、孙真荣、徐至展 2010 物理学报 59311 ］［21 ］ Y uan C H ，Li X H ，Tang D C ，Yang H D 2010 H i g h Po w e rL a se r and P a rt i c l e B e a m s 22 2 ( in Chinese ) ［袁春华、李晓红、唐多昌、杨宏道 2010 强激光与粒子束 22 2 ］［22 ］ Sun C W 2002 E f f e c t of L a se r Irr a d i a t i n g ( Beijing : N a t i o n alDefen se Ind ustry Press ) pp202 －204 ( in Chin ese ) ［孙承纬 2002 激光辐照效应 ( 北京: 国防工业出版社 ) 第 202 —204 页］［23 ］ Y uan C H ，Li X H ，Tang D C ，Y ang H D ，Li G Q 2010 A c t aP h y s . S i n . 59 7015 ( in Chine se ) ［袁春华、李晓红、唐多昌、杨宏道、李国强 2010 物理学报 59 7015 ］［24 ］ Dabby F W ， Peak U C 1972 I EEE Jo u r n a l of Quant umE l e c tr o n i c s QE -8 106［6 ］［7 ］［8 ］［9 ］［10 ］ Lownde s D H ，Fowlke s J D ，Pedra za A J 2000 App l . S u rf. Sc i .154 647 ［11 ］ Wang R ，Yang J J ，Lian g C Y ，Wang H S ，Han W ，Yang Y2009 A ct a P h y s . S i n. 58 5429 ( in Chine se ) ［王锐、杨建军、梁春永、王洪水、韩伟、杨阳 2009 物理学报 58 5429 ］［12 ］ Ya ng Y ，Wang C ，Yang R D ，Li L ，Xiong F ，Bao J M 2009C h i n. P h y s . B 18 4906［13 ］ H u H F ，Wang X L ，Li Z L ，Zhang N ，C ui H C 2009 A c t aP h y s . S i n. 58 7662 ［胡浩丰、王晓雷、李智磊、张 2009 物理学报 58 7662 ］［14 ］ Ya ng L ，Wang Q Y 2009 C h i n. P h y s . B 18 4292楠、翟宏琛［25 ］ Shen M Y ，Cro uch C H ，Carey J E ，Yo unkin R ，Maz ur E ， Sheehy M ，Frie nd C M 2003 A pp l . P h y s . L e tt . 82 1715 ［26 ］ Gaglia no F P ，Pa ek U C 1974 A pp l . Opt. 13 274 ［27 ］ Valentin C ，Doina C 1999 Ap p l . S u rf. S c i . 138 218［15 ］ Ran L L ，Qu S L ，Guo Z Y 2010 C h i n . P h y s . B 19 034204Silicon surface microstructures created by1064 nm Nd∶YAG nanosecond laser*Yang H on g-D a o Li X i a o-H on g Li G u o-Q i a n g Yuan C h u n-H ua Tang D u o-C h a n gXu Qin Qiu Rong Wang Ju n-B o( L a se r and p ho t o e l e c tr o n L a b o r a t o r y，S ch oo l of S c i e n c e，L a bo r a t o r y of M a tt e r C h a r a c t e r i s t i c R e se a r ch at E x tr e m e C o n d i t i o n s，So u t h w e s t U n i v e r s i t y of S c i e n c e and T e ch n o l o g y，M i a n ya n g621010 ，C h i n a)( Received 17 March 2010 ; revised man uscript received 7 May 2010 )A b s t rac tWe investigated the evolution of surface microstructures creat ed on single crystal silicon wafers by the cu m u l a t i v e N d ∶YAG nanosecond laser pulses ( wavelength 1064 nm ) in different atmospheres ( N，air and vacuum ) . Micropore2structure and the fracture lines are formed after irradiation of a few laser pulses，compared with ripple structures created b y laser pulses of wavelengths of 532 and 355 nm . The fracture line structure is different for (111 ) and (100 ) silicon . The fracture lines have 60 ° and 120 °intersections for (111 ) silicon . For (100 ) -o r i e nt ed silicon wafers，two sets of fracture lines intersect at 90 °to form a grid that divides the surface into rectangular blocks with side length of from 15 to 20 μm . We think that phase explosions are responsible for t he growth of micropore structure. The fracture lines are mainly due to thermal stress. Finally，We studied t he formation of microstructures under different atmospheres，and the results show th a t it is closely related to the etching and growth ra t e.K e yw o r d s: nanosecond laser，microstructure of silicon ，phase e x p l o s i on，thermal s t ressP A C S: 79 . 20 . E b，61 . 72 . u f，68 . 37 . －d* Pro ject supported by the Scie ntific Rese rch Fund of Sich uan Pro vinc ial Ed ucation Depa rtment，China ( Grant Nos. 08 ZB006 ，09 ZA128 ) ，t he Research Fund of So uthwe st University of Sc ience and Technolo gy，Ch ina ( Grant No. 06 ZX7113 ) and the Foundation of Science and T e chn o l o gy Depatrm ent of Sich uan Province，China ( Grant N o. 07 JY029 -150 ) .Correspond ing a uthor. E-m ail: li_xh1125 @ yahoo. c o m. cn。

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微光子学第39巷.带3船2002年3月目激光与光电子学进展微光子学邱元武(同济大学物理系.海2t)0092)0l39N03March2002提要评述使激光器,集成电路,数据存储器,传惑器,光学元件,集成光学,光机电系统,分析仪器,照相机,显示器,陀螺仪和电子加速器微型化构光子学.关键词光子学,光子技术应用,综合评述“微”在狡义上是指微米量级的尺寸.但是在本文中.还包括那些尺寸相对原来缩小了很多的情形.器件的微型化已经或将要为I-农业生产,科学技术研究,甚至人们的日常生活带来很大的好处和产生深远的影响然而在某些情形中.微型化必须在器件的-一些性能之间作出权衡, 常常要具有正确观察事物相互关系的独特眼力才能达到目的.随着外延l艺由原来的液相外延发展到金属有机物化学气相淀积和分子束外延.半导体激光器的结构也由最初的同质结发展为单异质结,双异质结,后来又发展到量子阱和应变量子阱结构. 正在向量子线,量子点等迈进结构越来越小,赋予了量子点激光器一系列优异的特性.量子点是纳米大小的半导体颗粒,大约南100～10000个原子组成.它们具有悼材料的晶体结构.但是呈现I收Ft期200l—I】一061分立的类原子能谱,而不是准连续能带,这些分立的能级决定于点的大小.量子点之所以具有这样的属陛是由于它们把载流子约束在约10nm的空间.使得电子与空穴很强地相互作用.每/卜注人电子都T作在量子点所支持的激光波长处.量子点激光器阈值电流低,约为每平方厘米几个安培;微分增益很大,具有比量子阱器件更高的内效率和输出功率,从单个小面可提取4W.改变量子点的大小.可以直接改变激光发射的波长.用2～10nm的量子点可以产生从蓝到深红色的激光量子点激光器的增益频谱比量子阱激光器的更宽,这也使前者能具有宽约200nm的调谐范围.此外,量子点激光器是无啁啾和自聚焦的.器件的振荡闻值对于温度变化不敏感….德国Darmstadt大学的研究人员用分子筛容纳有机染料制成新型的微激光器.发射687nm波长的微激光器由一束有073rlIll宽通道细孔的沸石(A1PO4--51细管构成,激光经分子筛束的内壁反射,在直径为8m六面体光学共振腔内运行时,被染料放大而形成强的激光.有机染料有高的激光输出.波长可以在整个可见光谱范围内调谐.然而,有机染料激光材料是有污染的,尺寸大且耗能高.缩小激光器的光学腔尺寸到光波长量级可以解决这些问题. 受很小的光学腔的限制只允许一个共振模,所以功耗小.此外,有机染料激光器输出是偏振激光, 对于光传感和通信应用是有利的分子筛还可以廉价地大批量生产, 但是在投产前,尚需克服一些障碍,包括在分子筛束中用电激励产生激光的技术和寻求各类有机染料..半导体集成电路遵循摩尔定理:相同尺寸芯片上晶体管数每18个月翻一番,要跟上这步伐,平版印刷术的突破是关键.目前用的是光刻术,它使光通过掩模后再通过一个缩小4倍的透镜把电路图案印刷到一块晶片上.开始是以365nm汞弧灯作为光源,在甚片上印上线宽为350nIll的线一第39卷.第3期2002年3月激光与光电子学进展方形厂——]IlI................NMOS线路囤2用重叠2个或多个掩模图案的多次曝光技术光刻的图案路,但是为在芯片上获得更窄的线宽,要用深紫外光刻术用248nmKrF准分子激光.线宽可窄至250nm.为获得180nm的线宽,制造商正在探索用193nmArF准分子激光.用193nm光刻术和斜照明与相移掩模等改进技术预期可产生1OOrtm甚至90nm的线宽.研究还延伸到157nm光刻,但是在它实现之前,必须发展新的光致抗蚀剂,标线片和半透膜,耐久透镜材料和大功率窄线宽的F分子激光器.在光刻术中曝光光源的波长是一个同有的限制.美国贝尔实验室的研究人员开发了一种克服_杂.幽为重叠掩模产牛的线宽.掩模对准技术是极重要的.该技术适用于低密度逻辑电路,其中较小的晶体管门电路比密集.的线路更重要得多用激光可实现高密度数据存储的原因是由于激光可被聚焦到其尺寸仅南波长衍射极限所决定的微小光斑.用这种高密度能量可在金属薄膜或有机薄膜上开出小于0.6m的小L,并进行数字写入激光光盘用78Ohm的二极管激光读,写信息.第一代数字影碟机使用635nii2的红光激光Vnl39.l1_3M…h2002器更短的波允许它们在单张光盘E容纳更多的信息,加上图像压缩技术,预期用蓝,紫激光可以在单张5英寸数字视盘(DVD) 上存储15GB的信息…美国Temple大学的研究人员用光子选通技术增加存储容量, 原则【二能达到1Mb/¨m,可把美国同会图书馆的全部馆藏资料内容存储在几张光盘上.光子选通烧L是光谱烧L的一种变型,基于这种技术用频率选择存储可在同一位置存储多位信息,从而增加了存储密度.他们研究的最有前途的光子选通烧L材料是Mgs:Eu”,它可用低功率激光有效地烧出窄孔.光束很细不会加热材料,还可把材料嵌入聚合物而增加孔密度.这种材料具有烧孔时间短(纳秒或更短),液氨(～10K)以上工作温度和多次写入的光学可擦除特性提高工作温度是困难的.但是这对于减小体积和降低成本是关键.他们曾把工作温度提高至液氮温度(77K),但这是以减少存储密度为代价的1,美国Arizona大学的研究人员证实某些合成材料,对于用激光引发三维空问中亚微米分辨率的化学和物理变化是足够灵敏的. 当用激光辐照时.这些多电子分子吸收了足够的能量把一个电子移给邻近分子,这个光感生电子转移反应开始聚合化过程形成化学键网络.由于双光子吸收限制在激光聚焦斑点处很小的体积内,维聚合物图样可由材料内的扫描聚焦斑点产生,如此操纵反应可以导致三维数据存储,允许由荧光和折射光读出『第39卷.第3蜊20(}2印3H英周Shetfield大学和以色列～所大学的研究人员开发了探测污染的光传感器,用标准的半导体加技术可大批量生产,每个传感器的价格低于6美元,对各种污染物敏感的薄膜材料是构成传感器的基础.他J开发了71种薄膜,近一半是原先末曾报导过的传感器按照F涉原理工作,在硅中蚀刻出波导.波导先分开后重合,薄膜淀积在通道中,通道覆盖一层二氧化硅.波导的一个臂穿过该层,用光纤输送一束13m激光通过该结构.当传感器暴露于污染中时,化学物质与未被窗覆盖的薄膜结合,波导的光学特性改变.使]二涉汁的条纹闭样发生位移,位移的大小显示污染的浓度1.美国加州大学的研究人员开发r基于激光的神经睦毒气传感器,该器件由普通的元件组装起来.成本仅24美元,却具有当前成本几千美元的器件的性能.新器件南红光激光指示器,分束器, 阿个光二极管和多孔硅芯片组成, 芯片涂以j磷一氟(P～F1键反应的催化剂.催化剂水解P—F键产生蚀刻氧化芯片的氟化氢.来自芯片的反射激光束产生干涉条纹, 化学反应改变其折射系数,在条纹中产牛不可逆的位移.他们曾用氧化多孔硅干涉计选择性探测HF气体,现在用同样的原理探测氟磷神经试剂,像沙林,GF和DFP 等的一切含有P～f键的神经试剂分子将引发反应,由于极少其他化学物质具有P—F键.在大气中HF也相当稀少,假阳性的危险性很小.虽然芯片不能再用,但是它们很便宜,叉r大量生产激光与光电子学进展此外.传感器很小且便宜,可以把它们部署成阵列,既可探测神经性毒气,又町在整个靶区跟踪它的散播,这种连续监测形:式目前用其它方法是不可能的.蕊便携式传感器对于DFP的灵敏度在曝露时间为5rain的条件下为8×10l_.美国LosAlamos国家实验室和加州大学的研究人员用聚合物作为荧光传感器,演示了探删灵敏度比常规的单分子荧光探删器的灵敏良高百万倍的新器件.该手携式传感器能几乎瞬时地探测各种病原体或生物标记,使它可,用在家庭或诊所中便捷地探测特定药物或诊断疾病.将样品放在小瓶中或光纤的尖端.荧光计由作为抽运光源的470rim发光二极管,红光滤光器和光探测器组成, 由笔记本电脑处理数据.聚合物的荧光源白含有几千个生色团的长共轭链:淬灭分子附在聚合物上淬灭荧光,被分析分子把淬灭分子从聚合物上拉开,使荧光恢复该系统对微量的淬灭和被分析分子极灵敏,单个淬灭分子可以淬灭整个链,被探测分析分子小到纳摩或亚纳摩范嗣ll”.2O世纪80年代电信工业是首先应用微光学元件的用户之一, 把半导体激光器,微光学元件和光纤集成封装在小的体积中是高效的光学网络的经济基础.今天微光学元件是一个有市场的领域, 其增长速率高于许多工业中成熟的关键元件.基于微电子学的经验,一些研究所和企业用光刻术, 蚀刻和熔融玻璃或光致抗蚀剂生产微透镜.一方面他们生产直径小于几个微米的重复结构.另一V01_39.N0.3Mareh2002方面,有限的光学质量限制了应用范围高分辨率微加工工具的发展,为生产出具有完全确定光学表面的透镜,棱镜和反射镜开辟了新道路.此外.微光学元件不仅可作为单个透镜,而且还可做成阵列.与传统光学功能相比,效率和经济是微光学元件最重要的参量.原则上是设计无像差的非球面透镜,使每个系统的元件数减至最少.今天许多微光学元件已商品化,一般所要求的性能价格比决定微光学元件的类型原则上可以把微光学元件分为折射的和衍射的两大类.基于波长和应用,折射透镜可提供更好的性能,衍射光学元件可用于廉价的应用为了更易于处理和准直,一些微光学元件具有特殊的表面, 小的元件可用标准的加1技术集成封装,从而简化了组装和提高r可靠性.把光学和机械表面组合在一个元件中,可减少每个器件的元件数和组装成本在许多新应用中,最佳化的微光学元件确实是有用的技术, 例如,微光学透镜可直接用于提高大功率二极管激光器的亮度;二维阵列微光学元件可使光和激光源均匀化,为生产尺寸小于0.2¨m的半导体结构提高照明源的质量和分辨率,微光学元件也可用于传感器和探删器,这些传感器是提高探测系统效率和灵敏度的有力工具今天微光学元件在许多工业产品中具有重要的接口功能,现在仅仅是微光学元件时代的开始,预期还会有几年的持续增长..具有广泛商品应用价值的集成光学产品包括铌酸锂调制器和_第39卷.第3期2002年3Irj无源波导,总的发展趋势是在单个芯片上更高水平的集成和具有更多的功能.此外,显着的进展将减小元件的尺寸和成本,使该技术获得新的市场机遇.自l995年以来.铌酸锂调制器广泛地应用于尖端有线电视和OC一48电信系统.至今已投入使用了l0万多个元件,FIT率(10s中的失误)小于50.在有线电视领域中新的增长受到限制.所以重点是减小尺寸和成本在0c一48领域中.铌酸锂调制器面临来自电吸收调制激光器的挑战.铌酸锂器件制造商将继续在制造技术上作出巨大改进,以降低价格而保持市场份额近年来OC一192调制器的生产量有显着的增长.中等距离(50～100km)的这些调制器的发展趋势与OC一48市场相似,重点是降低价格和更高水平的集成. 下作在40Gb/s的调制器已有样机规模.批量生产即将开始,产品发展趋势与OC一192的相似.简单的,不昂贵的非零方法用于短中距离传输,更先进的调制方案用于长距离传输.目前光子学的投资者最熟悉的概念可能就是稠密波分复用(DWDM).1997年开始,每根光纤中通道的快速增长驱动人们在M络中用阵列波导光栅器件另一个先进产晶概念是用光学隔行器减小通道间距至50GHZ和充分利用c带和L带. 使通道数增至160个,无源波导将与标准具或纤维干涉仪产品竞争.诸如光学分柬器等的传统无源波导的市场也通过复合和单片集成方案提供更多的功能和更小的尺寸II_激光与光电子学进展系统加拿大Laurentian大学和Careton大学的研究人员模拟齿轮状结构在激光辐射影响下的运动.已取得令人鼓舞的结果.他们认为激光束能使齿轮维持连续的运动.为了检验该模型.用光刻技术以多晶硅制造64LLnl直径,2m厚的齿轮.并滁铝和钛.70mW的785nnl二极管激光聚焦成8m直径的斑点落在齿轮的臂上.由CCD成像系统记录转动他们证实了用光压驱动微机电系统(MEMs)机器的可行性,进一步还试网把光学元件集成到MEMS器件中.使光机效率vo139.N3Mah2002能直接控制运动,这是一个高效的过程”日本东京技术研究所的研究人员证实可以用光驱动液体通过光响应表面,这现象可用于微机器,其中液体的光控位移可能驱动机械零件和微反直器,其中不同的液体可以被推在一起以建立微小的受控化学反应.他们把一块硅板浸入含有偶氮苯化合物的稀释溶液中.当把硅板曝露在紫外光F时,形成偶氯苯的顺式异构体,当用蓝光照射在顺式异构体表面时,它逆转为反式异构体.他们把2I橄榄油滴放在硅板上,并用来自XeHg灯的非对称光辐照表面以建立光异构化梯图3紫外光激活4步异构化过程使螺旋形链烯旋转360. 最佳化…].日本Groningen大学和Tohoku大学的研究人员用光驱动单分子马达,以紫外光辐照,分子单向旋转360.虽然许多分子系统进行平移或旋转运动.但控制旋转方向是另一回事,如果要建分子型马达作为未来纳米机器的核心,必须控制旋转的方向.他们用280nm或300nm的灯光使螺旋形链烯围绕中央的碳一碳双键旋转,在4步异构化过程中,紫外光使分子旋转l8()c二次,如图3 所示每次旋转后由加热阻止分子的自然反向旋转南于它用光度.油滴被Il一反转换推动.向光最强的方向运动.由移动光就吖以保持油滴以35I~n/s运动,运动速度取决于光的强度和逐渐转化的光束最强和最弱部分光强之差,用均匀的蓝光辐照油滴停止其运动.此外.改变光的入射还可以使油滴向任意方向运动”.微卫星作为常规卫星的潜在取代者正在宇航领域获得共识, 这些宇宙飞船可以做得像可乐瓶一样大小,所以部署它们更便宜.然而,挑战来自发展为轨道变化和飞行姿态控制提供0l～l0mN推力的微推进器,对于精细的机动,,.鲁第39巷.第3期2002年3』i动作,所要求的推力是10～100N放在微推进器喷嘴中的集成光学芯片要能作为鉴别诸如来自完全燃烧的污染等的诊断传感器微卫星的优点是可以常规系统分之一的成本和倍功能部署分布结构以形成”有效”卫星,用途之一是在合成孔径雷达的空I’Uj应用巾,类似于地球上的射电望远镜阵列.微卫星的网络阵列是高度可重组的,所以能适应许多诸如地理定位和环境检测等其他碰用美国Rice公司已完成微推动器诊断传感器的没计,预期在2年内在实际环境中加以检验II.英国帝日大学和奥地利维也纳技术大学的研究人员在玻璃芯片一制作光发射探测器,使分析仪器微型化,器件比常规器件小1000倍,功耗少10000倍探测器芯片尺寸仅14turn×301TII~I,用等离子体激发样品的分子,光电倍增管测量光发射,目前探测极限已提高至50M体积中的3×10g/s.灵敏度等于或优于常规火焰电离探测器,町以用很小的样品确定激光与光电子学进展大多数含碳化合物的浓度.下一步的目标是把探测器与气体层析仪集成在一个芯片上I.毛细管电泳已成为有用的分析工具,用激光感生荧光成像改进了探测.瑞典Lund大学的研究人员进一步发展了光纤阵列系统, 可以实时成像电泳分离在标准的激光感生荧光成像中,把激光器和光电倍增管置于毛细管末端附近,以激发和探测荧光;或用照相机透镜系统和CCD照相机成像毛细管的整个长度,这样可以进行实时探测,使研究人员更清楚地看到分离是如何发展的新的技术用垂直于毛细管的纤维光学阵列取代照相机透镜,使装置更紧凑和高效.由于光纤可以放得离毛细管更近,使信噪比提高了10倍I],如图4所示.随着生化分析对于了解和处理疾病变得更关键,快速和廉价的测量技术继续增长.微型化允许分析小体积样品,但是必须保证准确度.基于后向散射干涉术的新方法可分析皮升量级体积的待测样品美国Texas技术大学的研究人员发展了折射系数测量器件,把待测样品引导通过熔融V oI39.N0.3M…h2002石英板上的50m半毛细管通道,用来自氦氖激光器或强度稳定的633nm二极管激光器的非聚焦光照明部分通道,多次散射光产生干涉图样,用PIN光二极管或0,3mn雪崩光二极管测量.强度稳定的二极管通过光纤耦合产生50m直径的光束,用lOm的通道,探测体积15p|,折射系数的变化可测准至5×10...该技术町用于一切形式的芯片在线分离和分析,包括高性能液体层析术,毛细管电泳和电层析术,聚合酶链反应I!.以色列Given成像公司的研究人员发展了一种胶囊,可提供小肠的高质量影像,256×256像素.2ps的图像质量是如此之高, 甚至非专业人员也能认出小肠上的绒毛.长30ram,宽11mm的圆柱体胶囊内装有白光发光二极管,微型彩色视频照相机,电池,天线和无线电发送器,胶囊外涂膜以防止通过消化管道期间被损坏照相机摄取的图像发送到病员背带上的记录器件,8小时后病员解下背带和记录器,或在排出胶囊图4纤维光学阵列可以宴时地成像毛细管电泳.用垂直于毛细管的纤维光学阵列取代照相机透镜.使装置更紧凑和高效_第39卷.第3期2002年3月后,把它们还给诊所,在诊所内用软件处理数据病员表示吞下器件就像服药丸一样,整个过程中无痛苦,病员无须留在诊所.然而.胶囊不能随意按要求改变疗程或产生实时图像Given成像公l—J计划生产和推出300～500美元的商品,预期在1年内获得有关部门的批准.激光与光电子学进展光是透明的,因此是理想的显示表面.他们相信该技术将产生能集成到可戴投影系统中去的足够亮的微显示器.在投影系统中光损失的数量一般是很小的,而且没有眼伤的问题,他们计划继续发展该器件,目的是创造一个比单色的蓝光样机更好的,全色和更多像素的显示器I美国Kansa州立大学的研究人员研制成基于lnGaN/GaN量子阱的微显示器,量子阱集成在半导体芯片上,仪0.5ram见方,他们希望它将为像眼镜那样可戴的,亮的高分辨率显示器开辟道路.这方法比常规显示技术有几个潜在的优点:大的平板显示器要用几千个发光二极管,这对于微显示器不实用;液晶技术典型地要求外光源;小而多色的有机发光二极管不能经受足够亮与背景光竞争的显示器所需的大电流密度;而新的显示器能克服上述一切缺点关键是它由Ⅲ族氮化物宽带隙半导体做成,可作在高的功率和温度下.而且是抗震的.它还可在从紫外到红光的宽波长范隔丁作.在l0×10像素发光二极管阵列的样机中像素的赢径是12l,tIll,然而.经正确的放大,它们口像21英寸电视机那样大由于它们是发光的,可以从很宽的角度看而不损失反差或色彩.他们用光刻图案,电感耦合等离子体蚀刻和欧姆接触金属化在半导体材料的各层建立发光二极管结构.把半导体生长在蓝宝石衬底上,蓝宝石对于可见_测量角转动对于导弹引导系统,卫星导航,汽车刹车控制系统等的正常运行是至关重要的,商品陀螺受到大小,准确度,灵敏度和耐用性的限制,但是更高的性能相应需要更高的费用,例如具有每小时约1.灵敏度的陀螺每台价格5千到1万美元美国IntelliSense公司设计的光学陀螺在相同水平的灵敏度下每个价格仅为250美元.低价格是用_『廉价的元件,有限的组装和声频电子系统的结果.该器件的准确度为每分200个脉冲.角度无规漂移为每小时0.0l.其他优点包括宽的动力范嗣,防震,紧凑设计.元件装在2cm×2cm×2cm的封装中,而常规陀螺为15cnl×l5cm×13cm.陀螺包括四个主要元件:集成在玻璃芯片上的波导, 激光二极管光源,两个收集数据的光探测器,和处理数据的电子系统.器件根据Sagnac效应T 作,可调谐光注人顺时针和逆时针共振腔场光二极管在每个路程末端处探测光输出,两种不同的程长产生不同的共振波长,角运动由分析那些波长中的位移算得…1.,lll_39.N03Mar.h2O02为了更好地了解物质的基本元素,物理学家用加速器增大带电粒子的能量,在大能量下,两个粒子问的碰撞能使它们碎裂为更小的元素或产生变换,从而能研究粒子的特性和探测前所未曾观察到的粒子为r获得很大能量的场,直线加速器必须做得极长,所以成本很昂贵.更紧凑的加速器必须产生更高的电场,这在大功率极短脉冲激光器发展之前是不Ⅱ】能的.来自4个法国实验室和1个英国实验室的研究人员用大功率短脉冲激光观察电子加速.相应于在小于1cITI的等离子体波中1.6MeV的能量增益用掺钛蓝宝石振荡器的啁啾脉冲放大器放大经伸展的脉冲,在1057am处产生40Ors,lOOTW的光脉冲,直径80ram的激光束运行通过200m的真空管道到达实验室.注人脉冲压缩器.透镜把光束聚焦在充气室中的氦上,氦离化形成等离子体.等离子体把部分激光束的横向电场转换为纵向场,或等离子体波实验结果表明.被加速粒子儿乎接近光速.该实验标志着能产生更高电场,更紧凑加速器的重要发展阶段为达到粒子碰撞的最高可能速率.加速器必须能在低发射度下聚焦很大的电流, 进一步的实验将致力于产生更高的能量.他们还将仔细地研究加速柬的质量.为了进一步的研究, 必须提高能量束相对于能源的效率.。

亚波长光栅偏振片的纳秒脉冲激光损伤特性

亚波长光栅偏振片的纳秒脉冲激光损伤特性史帅凯;焦宏飞;马彬;程鑫彬;张锦龙【摘要】偏振片在诸多光学系统中有着重要的应用.亚波长介质光栅可用作正入射偏振片,在高能激光系统中有着广泛的应用前景.为了探究波长为1 064 nm的纳秒脉冲激光对于亚波长全介质光栅的诱导损伤特性,使用了粒子群优化算法结合严格耦合波分析设计了光栅的几何参数,计算表明亚波长光栅偏振片在入射光波长1 064 nm附近带宽0.5 nm内,平均消光比为1 500.使用了紫外曝光配合离子束刻蚀的工艺制备了HfO2光栅,并对其纳秒脉冲激光损伤阈值进行了测试.测试结果表明S光损伤阈值约为P光损伤阈值的5倍,且都大于5 J/cm2.结果表明亚波长全介质光栅偏振片可广泛用于正入射激光系统中.【期刊名称】《应用光学》【年(卷),期】2019(040)001【总页数】5页(P138-142)【关键词】偏振;亚波长光栅;损伤阈值;激光系统【作者】史帅凯;焦宏飞;马彬;程鑫彬;张锦龙【作者单位】同济大学先进微结构材料教育部重点实验室,上海200092;同济大学物理科学与工程学院精密光学工程技术研究所,上海200092;同济大学先进微结构材料教育部重点实验室,上海200092;同济大学物理科学与工程学院精密光学工程技术研究所,上海200092;同济大学先进微结构材料教育部重点实验室,上海200092;同济大学物理科学与工程学院精密光学工程技术研究所,上海200092;同济大学先进微结构材料教育部重点实验室,上海200092;同济大学物理科学与工程学院精密光学工程技术研究所,上海200092;同济大学先进微结构材料教育部重点实验室,上海200092;同济大学物理科学与工程学院精密光学工程技术研究所,上海200092【正文语种】中文【中图分类】TN247;O436引言偏振是电磁波的基本特性，偏振技术在诸多方面有着重要的应用。

例如，偏振成像[1]可减少物体反射光，增加图像饱和度；光学存储[2]利用光的不同偏振态记录信息；弹光效应[3]由透过被测物的偏振光推测被测物内部应力分布以及3D电影的放映。

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３１５２８３：５Ａ１２１Ｈａｒｖａｒｄ大学的Ｍａｚｕｒ小组７通过控制飞秒激光的（ｆｉｉｉ，８１ａｉｌｉｃ２ａ２６ｌ０ｉｊｉｉｃ２２３ｉ第３８卷第１０期２００９年１０月光子学报ＡＣＴＡＰＨＯＴＯＮＩＣＡＳＩＮＩＣＡＶｏｌ．８Ｎｏ．０Ｏｃｔｏｂｅｒ２００９多光束纳秒紫外激光制作硅表面微结构朱冀梁，张恒，陈林森，李晓建，周小红（苏州大学信息光学工程研究所，江苏苏州２１５００６）摘要：使用波长３５１ｎｍ的半导体泵浦全固态脉冲激光器作为光源，经过位相光栅分束，形成干涉光场，在硅表面直接刻蚀微结构，制作了周期为０．５μｍ，槽深可达５５ｎｍ的一维微光栅和周期为１．５μｍ，刻蚀深度４５ｎｍ的正交微光栅结构．给出了微光栅形貌结构的扫描电子显微镜和原子力显微镜的测量结果．正交微光栅的一级衍射效率在１．％～６．％之间．该研究是改变硅表面微结构，优化硅材料特性的一种新方法，并扩展了大功率激光刻蚀在表面微加工领域的应用．关键词：光栅微结构；刻蚀；衍射效率；硅中图分类号ＴＮ２４９；ＴＨ７４４．文献标识码：文章编号：００４４２１３（００９）０２４６３５０引言随着激光技术的不断成熟和大规模集成电路的发展，激光光刻技术有了长足的进步并且广泛应用于工业加工的各个领域［１７］．许丽［２］，王海旭［３］等利用飞秒激光与其诱导出的等离子波相干作用在单晶硅表面生成了纳米光栅结构．Ｔ．Ｋｏｎｄｏ等［６］利用衍射分束器ＤｉｆｒａｃｔｏｎＢｅａｍＳｐｌｔｅｒ，ＤＢＳ）实现了对复杂的２Ｄ或者３Ｄ周期结构的加工．美国［］加工条件获取了亚微米尺寸的金字塔结构．硅以其特有的光电特性，受到越来越多的关注［２，４，８］，高衍射效率的表面微结构可以增强硅材料对光能的利用效率，二维微光栅结构能够减少表面反射率［９］．因此改变硅表面微结构的实验研究在当今的太阳能电池研发领域有着尤其重要的意义．激光刻蚀通常是利用高功率激光作用于材料表面，材料吸收激光能量而快速升温，发生熔融、气化等物理过程，使部分材料物质被去除，由此来改变物体的表面形貌．目前，很多激光微加工方法在刻蚀过程中需要各种掩膜，工序较多，成本较高；加工结构的微细程度也受限制于单束激光产生的光斑尺寸．这些方法［１１～１５］大多使用短波长的准分子激光或飞秒激光，对环境的要求高，难以应用于工业化生产．本文采用半导体泵浦全固态脉冲激光器（ＤｉｏｄｅＰｕｍｐｅｄＳｏｌｄＳｔａｔｅＬａｓｅｒＤＰＳＳＬ）作为光源，分别用双光束和四光束进行了干涉刻蚀实验，在硅材料表面制作了一维和二维正交微光栅结构．这种在硅表面直接进行微加工的方法，工艺简洁，运行效率和刻蚀微结构精细程度较高．１光刻系统和实验实验所用光刻系统如图１．其中ＤＰＳＳＬ激光器的参量为波长３５１ｎｍ、脉冲宽度２０ｎｓ、重复频率１ｋＨｚ、输出脉冲能量０～２ｍＪ，出射光束直径为０．ｍｍ．图１光刻系统Ｆｉｇ．Ｄｉｇｒａｍｏｆｏｐｔｃａｌｔｈｏｇｒａｐｈｉｓｙｓｔｅｍ光束整形系统 π Ｓｈａｐｅｒ将激光呈高斯分布的能量转为矩形分布，入射波形和出射波形如图２．图２光束整形Ｆｉｇ．Ｄｉｇｒａｍｏｆｓｈａｐｉｎｇｔｈｅｂｅａｍｓｚｅ国家８６３项目（００６ＡＡ０４Ｚ３１８）和国家自然科学基金（０７７７０３９）资助Ｔｅ：５１２６５１１２７１１Ｅｍａｌ：ｕｌａｎ１０２１０９１６＠ｈｏｔｍａｌ．ｏｍ光束通过置于透镜Ｌ１前焦面上的方孔光阑Ａｐｅｒｔｕｒｅ后，经双远心投影缩微透镜组Ｌ１和Ｌ２（Ｌ１＝４犳Ｌ２，缩小倍率为４．）缩小得方形光点．位于收稿日期：００８１０２２修回日期：００８１２３１透镜Ｌ前焦面上的分束器Ｂｅａｍｓｐｌｔｅｒ中放置了ｉ１ＬＬ４２ｉβ２４β８ｙＳｃＳ（ｃ，ｃ／９ａｂｃ３ｃｅｆ３５８４ｌｃｉａｂｃ７／８１１ａｂｃ２４６４光子学报３８卷不同空间频率的光栅或光栅组，光栅的衍射满足光栅方程Λｓｎθ＝犓λ（）式中：是光栅常量，是衍射角，是衍射级数，为激光波长．选择其中的±１级衍射光作为干涉光束，经消象差成像系统（３、４）在硅片表面（位于Ｌ前焦面）形成干涉光场，由式（）可计算出干涉条纹的周期犱＝λ／２ｓｎ（）式中β为光束干涉角，为条纹的周期．透镜Ｌ和Ｌ的焦距相等，＝θ，即犱由分束器内光栅周期决定．实验材料为单晶硅，表面光洁度ＰＶ值小于５ｎｍ，厚度为１ｍｍ．用丙酮洗净表面后将其固定在工作平台上，光束干涉刻蚀得到方形微光栅点（０μｍ×８０μｍ）．采用逐点工作模式，由计算机控制平台做ｘ、方向二维运动，刻完一个方点后将硅片移至下一位置进行刻蚀，得到微光栅点阵．使用激光能量计测量激光能量；用扫描电子显微镜（ｃａｎｎｉｎｇＥｌｅｃｔｒｏｎＭｉｒｏｓｃｏｐｙ，ＥＭ）和原子力显微镜ＡｔｏｍｉＦｏｒｃｅＭｉｒｏｓｃｏｐｅＡＦＭ）分析光栅形貌；计算正交光栅表面微结构在５３２ｎｍ波长下的衍射效率．２结果与讨论在分束器中放置９００ｌｍｍ位相光栅，脉冲个数设为３５，逐步增加激光器输出脉冲能量进行刻蚀实验，设定脉冲能量分别为０．７ｍＪ、１．３ｍＪ、１．ｍＪ，在硅表面制作０．５５μｍ周期，线宽约２７５ｎｍ的光栅条纹．得到的样品显微图片如图３．从图中可以看出：图３（）中能看到周期结构但条纹模糊；图３（）的结构清晰，条纹形状规则，图３（）内可看到条纹形状出现了断线．图３不同激光能量刻蚀的样品显微图Ｆｉｇ．Ｍｉｒｏｇｒａｐｈｏｆｓａｍｐｌｓａｂｌｔｅｄｂｙｄｉｆｅｒｅｎｔｅｎｅｒｇｙ使用ＡＦＭ扫描样品表面，得到的槽形结构如图４．在３５个脉冲，激光能量为１．ｍＪ时，光栅槽深为２０ｎｍ；脉冲能量增至１．ｍＪ刻出了３５ｎｍ的槽深；脉冲能量为１．ｍＪ刻蚀深度达到５５ｎｍ．样图４一维微光栅结构的ＡＦＭ图像Ｆｉｇ．ＡＦＭｉｍａｇｅｓｏｆｏｎｅｄｉｍｅｎｓｏｎａｍｉｒｏｇｒａｔｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ品的ＡＦＭ图片分别对应图４（）、（）、（）．随着脉冲能量的增高，硅片表面被除去的部分增加，光栅槽深加深；从图４还可看到，光栅齿的面积依次减小，光栅的占宽比（光栅齿与周期之比）逐渐减小，刻蚀效果越来越明显．实验结果表明，当激光器单脉冲能量小于０．ｍＪ时，硅材料表面得不到明显刻蚀效果．在分束器中放置空间频率为４００ｌｍｍ的消零级正交光栅构成正交分束器，选择四个一级衍射光形成四光束干涉光场，脉冲能量为１．ｍＪ，脉冲个数依次设为３５、００、５０，其刻蚀结果显微图片如图５．图５（）内圆点状凸起不明显，不易观察；图５（）中圆点状凸起形成的周期结构清晰；观察图５（），大部分圆点状凸起结构被损坏．５ｃｉ２６ｃ７ｌｃｉｃ８１３ａｂ８１３２狓ｉ１ｉｆｉｉＪａｉｃｔ１０期朱冀梁，等：多光束纳秒紫外激光制作硅表面微结构２４６５图５光栅微结构图Ｆｉｇ．Ｉｍａｇｅｏｆｍｉｒｏｇｒａｔｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ用ＳＥＭ观察刻蚀区域的光栅结构如图６．由图可知在硅表面形成了圆点凸起的周期性阵列结构，其空间周期等于１．５μｍ．图６微结构的扫描电镜图Ｆｉｇ．ＳＥＭｉｍａｇｅｏｆｍｉｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓＡＦＭ扫描得到图片如图７．单脉冲能量为图７二维微光栅结构的ＡＦＭ图像Ｆｉｇ．ＡＦＭｉｍａｇｅｓｏｆｔｗｏｄｉｍｅｎｓｏｎａｍｉｒｏｇｒａｔｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ４５ｎｍ，其三维ＡＦＭ图片是图７（）．当激光器单脉冲输出能量稳定，随着脉冲个数的增加，单脉冲能量对硅表面的刻蚀效果被累积，材料表面被气化掉的部分逐渐增加，刻蚀深度随之增大，得到的凸起结构愈来愈明显．刻蚀的周期结构在单晶硅表面形成了反射型衍射屏，根据光栅衍射理论［１６１７］，定义光栅衍射效率为衍射光能量与入射光能量之比．光栅第犿级衍射效率公式［１６］１．ｍＪ，００个脉冲刻蚀，凹陷深度为２８ｎｍ，形貌２（）结构如图７（），其对应的三维立体图为图７（）；脉冲能量不变，脉冲个数增加到１２５，刻蚀槽深增加到犐是第犿级衍射光光强；０是入射光强；是条纹数；／犱是光栅占宽比．利用５３２ｎｍ激光器为光源，辐照到硅片表面，测量犐和犐０，计算正交光栅微结构表面的一级衍射效率，得３５个脉冲刻蚀样品一级衍射效率为１．％；２５个脉冲刻蚀样品一级衍射效率为６．％，为测得结果中的最高值；脉冲个数超过１５０时，光栅结构出现损坏，其衍射效率随之降低．函数ｓｎｃ（）在犪／犱取０～１范围是单调递减函数，相同激光能量下，随着脉冲个数的增加硅表面被烧蚀部分深度宽度增加，未被刻蚀宽度犪减小，／犱降低，光栅衍射效率增高．３结论实验研究了纳秒紫外激光在单晶硅表面直接刻蚀微结构．在硅片表面制作了亚微米级光栅和二维正交光栅微结构，得到其最大刻蚀的深度分别为５５ｎｍ和４５ｎｍ．分析了脉冲能量和脉冲个数对实验结果的影响；计算了正交光栅表面微结构的一级衍射效率．该研究为硅表面制作反射型微光栅结构提出一种新方法，拓展了纳秒激光微加工的应用领域，有进一步研究和发展的价值．参考文献［］ＣＨＥＮＬｉｎｓｅｎ，ＸＩＥＪａｎｅｎｇ，ＳＨＥＮＹａｎ，犲狋犪犾．ＯｐｔｃａｌｖａｒａｂｌｅｉｍａｇｅｌｓｅｒｌｔｈｏｇｒａｐｈｉｓｙｓｔｅｍｗｉｈＳＬＭ［］．Ｊ２１５２２ｉｉＪ犑ｔｉｉ（２２２Ｊ２２２３，，ｉＳｉｉｌＪ犑ｒｉａ（２２１Ｊ２２１４，ｊｅｉｉｉｉｉｉｉ．ｓＪ３１Ｊ，，（ｉ犲５ＪＦｉｉＪｒｉｉａ２３７Ｊ２３１１ｆｔｆｉｉＪ犃犻ｉｉｌｃ７，ｉｉＪｆｉｉｌｉｃＪ犻ｆｉｉ１９ｉｉｉｉ．ｌｉｌｉｉＪＪ２１１，ｃｉｉｃｉＪｓ１Ｊ犃犻犻２２１ｔＪ犑狋ｆ１，犲１ｃｉｉｃｉｆＣ犛ｉｆｉｉ２４，，犲１ｉ．犻犻ｉＪ２８，犲Ａ１Ｃｌｒｉｉｌ１ｉｉｆｉｉｆｉｃｅｉＪＪ２１６１，ａＺＳｒｉｉｔｓｌｌ３１１Ｊ２３１２４６６光子学报３８卷犑狅狌狉狀犪犾狅犳犗狆狋狅犲犾犲犮狋狉狅狀犻犮狊犔犪狊犲狉，００４，５（）：６２２６４．陈林森，解剑锋，沈雁，等．采用空间光调制器的光变图像光刻系统［］．光电子激光，００４，５（）：６２２６４．［］ＷＡＮＧＨａｘｕ，ＪＩＮＦｅｎｇ，ＨＵＡＮＧＷｅｑｉ，犲狋犪犾．Ｌｏｗｄｉｍｅｎｓｏｎａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｇｅｎｅｒａｔｅｄｂｙｆｅｍｔｏｓｅｃｏｎｄｌａｓｅｒｉｎｔｅｒａｃｔｏｎｗｉｈｓａｎｄｓｇｅ［］．狅狌狉狀犪犾狅犳犌狌犻狕犺狅狌犝狀犻狏犲狉狊狋狔犖犪狋狌狉犪犾犛犮犻犲狀犮犲狊），００７，４（）：１５１１５４．王海旭，金峰，黄伟其，等．飞秒激光与硅样品作用生成纳米光栅结构［］．贵州大学学报（自然科学版），００７，４（）：１５１１５４．［］ＸＵＬｉＨＵＡＮＧＷｅｑｉＸｉｎＲｏｎｇ．ｔｕｄｙｏｎｓｌｃｏｎｃｒｙｓｔａｂｙｉｒａｄｉｔｏｎｏｆｌｓｅｒ［］．狅狌狉狀犪犾狅犳犛犺犪狀狓犻犇犪狋狅狀犵犝狀犻狏犲狉狊狋狔犖犪狋狌狉犪犾犛犮犻犲狀犮犲），００７，３（）：２４２７．许丽，黄伟其，辛荣．激光辐照单晶硅样品的研究［］．山西大同大学学报（自然学科版），００７，３（）：２４２７．［］ＷＡＮＧＨｏｎｇｉ，ＷＡＮＧＹａｎａｎ，ＰＥＮＧＪａｎｑａｎｇ犲狋犪犾．Ａｐｐｌｃａｔｏｎｓｏｆｌａｓｅｒｍｉｎｕｔｅｙｃｕｔｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｆａｂｒｃａｔｎｇｓｌｃｏｎｓｏｌａｒｃｅｌ［］犃犮狋犪犘犺狅狋狅狀犻犮犪犛犻狀犻犮犪，２００８，７（１）：２１６７２１４０．王宏杰，王亚楠，彭建强，等．激光精密刻蚀技术在硅太阳能电池制备工艺中的应用［］．光子学报２００８３７１１）：２１６７２１４０．［］ＷＵＹｉｎｚｈｏｎｇ，ＷＡＮＧＱｉｎｇｙｕｅ，ＩＡＷｅ，狋犪犾．ｅｍｔｏｓｅｃｏｎｄｌａｓｅｒｆａｂｒｃａｔｏｎｏｆｍｉｃｏｈｏｌｅｓｉｎｐｈｏｔｏｓｅｎｓｔｖｅｇｌｓｓ［］．犃犮狋犪犘犺狅狋狅狀犻犮犪犛犻狀犻犮犪，００８，７（）：１２９３１２９６．巫殷忠，王清月，贾威，等．飞秒激光在光敏玻璃内制作微孔［］．光子学报，００８，７（１）：２９３１２９６．［］ＫＯＮＤＯＴ，ＭＡＳＴＳＵＯＳ，ＯＵＤＫＡＺＩＳＳ，狋犪犾．Ｆｅｍｔｏｓｅｃｏｎｄｌａｓｅｒｉｎｔｅｒｅｒｅｎｃｅｔｅｃｈｎｉｑｕｅｗｉｈｄｉｆｒａｃｔｖｅｂｅａｍｓｐｌｔｅｒｆｏｒｆａｂｒｃａｔｏｎｏｆｔｈｒｅｅｄｉｍｅｎｓｏｎａｐｈｏｔｏｎｉｃｒｙｓｔａｌ［］．狆狆犾犲犱犘犺狔狊犮狊犔犲狋犲狉狊，００３，９（）：２５７２７．［］ＡＤＥＬＡＢＹ，ＢＹＥＲＲ，ＭＡＺＵＲＥ犲狋犪犾．Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｏｆｆｅｍｔｏｓｅｃｏｎｄｌａｓｅｒａｂｌａｔｅｄｂｏｒｏｓｌｃａｔｅｇｌａｓｓｓｕｒａｃｅｓ［］．犃狆狆犾犲犱犘犺狔狊犮狊犔犲狋犲狉狊，２００３，３：３０３０３０３２．［］ＭＵＴＩＴＵＪＧ，ＨＩＳｈｏｕｙｕａｎ，ＨＥＮＣａｈｕａ，狋犪犾．Ｔｈｉｎｆｌｍｓｌｃｏｎｓｏｌａｒｃｅｌｄｅｓｇｎｂａｓｅｄｏｎｐｈｏｔｏｎｉｃｒｙｓｔａｌａｎｄｄｉｆｒａｃｔｖｅｇｒａｔｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ［］．犗狆狋犮狊犈狓狆狉犲狊，２００８，１６（９）：１５２３８１５２４８．［］ＣＨＥＮＳｉｈａ，ＣＨＥＮＧＺｈｉｊｕｎ，ＨＵＡＮＧＧｕａｎｇ．Ｄｅｓｇｎａｎｄｆａｂｒｃａｔｏｎｏｆｓｕｂｗａｖｅｅｎｇｔｈａｎｔｒｅｆｅｃｔｏｎｇｒａｔｎｇｓ［］犃犮狋犪犗狆狋犮犪犛犻狀犻犮犪，２００３，３（１）：１３５９１３６１．陈四海，程志军，黄光．亚波长消反射光栅［］．光学学报，００３，２３（１）：１３５９１３６１．［０］ＨＯＳＯＮＯＨ，ＫＡＷＡＭＵＲＡＫＩ，ＭＡＴＳＵＩＳＨＩＳ犲狋犪犾．ＨｏｌｏｇｒａｐｈｉｗｒｔｎｇｏｆｍｉｒｏｇｒａｔｎｇｓａｎｄｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｏｎａｍｏｒｐｈｏｕｓＳｉＯ２ｂｙｎｅａｒｉｎｆａｒｅｄｆｅｍｔｏｓｅｃｏｎｄｐｕｌｅｓ［］．犖狌犮犾犲犪狉犐狀狊狉狌犿犲狀狋犪狀犱犕犲狋犺狅犱狊犻狀犘犺狔狊犮狊犚犲狊犲犪狉犮犺犅，２００２，９１：８９９７．［１］ＫＲＧＥＲＪ，ＭＡＲＴＩＮＳ，ＭＡＤＥＢＡＣＨＨ，狋犪犾．Ｆｅｍｔｏａｎｄｎａｎｏｓｅｃｏｎｄｌａｓｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｆｄｏｐｅｄｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌｔｅ［］．狆狆犾犲犱犛狌狉犳犪犮犲犛犮犲狀犮犲，００５，４７：４０６４１１．［２］ＫＡＣＨＡＭＶ，ＴＨＥＢＥＲＧＥＦ，ＣＨＩＮＳＬ，犲狋犪犾．Ｔｈｅｉｎｔｅｒａｃｔｏｎｏｆｆｅｍｔｏｓｅｃｏｎｄａｎｄｎａｎｏｓｅｃｏｎｄｌａｓｅｒｐｕｌｅｓｗｉｈｔｈｅｓｕｒａｃｅｏｆｇｌａｓｓ［］．狅狌狉狀犪犾狅犳犖狅狀犮狉狔狊犪犾犻狀犲犛狅犾犱狊，２００３，９：１２９１３５．［３］ＰＩＱＵ?ＡＳＵＧＩＯＫＡＫ，ＨＥＲＭＡＮＰＲ，狋犪犾．Ｈｏｌｏｇｒａｈｉｆａｂｒｃａｔｏｎｏｆｍｉｒｏｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｕｓｎｇｉｎｔｅｒｅｒｅｄｆｅｍｔｏｓｅｃｏｎｄｌａｓｅｒｂｅａｍｓｓｐｌｔｂｙｄｉｆｒａｃｔｖｅｏｐｔｃｓ［］．犘犐犈，００３，９７７：１６８１７９．［４］ＶＯＲＯＢＹＥＶＡＹＫＵＳＺＭＩＣＨＥＶＶＭ．ＫＯＫＯＤＹＮＧ，狋犪犾．ＲｅｓｄｕａｌｔｈｅｒｍａｌｅｆｅｃｔｓｉｎＡｌｆｏｌｏｗｉｎｇｓｎｇｌｅｎｓａｎｄｆｓｌａｓｅｒｐｕｌｅａｂｌａｔｏｎ［］犃狆狆犾犲犱犘犺狔狊犮狊犃，００６，２：３５７３６２．［５］ＰＩＱＵ?Ａ，ＨＲＩＳＥＹＤＢＡＵＹＥＵＮＧＲＣＹ，狋犪犾．ｎｏｖｅｌａｓｅｒｔｒａｎｓｆｅｒｐｒｏｃｅｓｓｆｏｒｄｉｅｃｔｗｒｔｎｇｏｆｅｅｃｔｒｏｎｉａｎｄｓｅｎｓｏｒｍａｔｅｒａｓ［］．犃狆狆犾犲犱犘犺狔狊犮狊犃１９９９６９：Ｓ２７９Ｓ２８４．［６］ＹＡＮＧＪａｍｉｎ，ＤＩＮＧＹａｏｎａｎ，ＣＡＯＬｅｅｎｇ．Ｓｔｕｄｙｏｎｔｒａｎｓｍｉｓｏｎｇｒａｔｎｇｄｉｆｒａｃｔｏｎｅｆｉｉｎｃｅｓ［］．犎犻犵犺犘狅狑犲狉犔犪狊犲狉犪狀犱犘犪狉狋犮犾犲犅犲犪犿狊，０００，２（）：７２３７２６．杨家敏，丁耀南，曹磊峰，透射光栅衍射效率研究［］．强激光与粒子束，０００，２（）：７２３７２６．［７］ＹＡＮＧＢｉｎｇＹＡＮＸｉｏｎａ，ＨＡＮＧＹｕ．ｔｕｄｙｏｆｄｉｆａｃｔｏｎｅｆｅｃｔｏｆａｐｈｏｔｏｒｅｆａｃｔｖｅｖｏｌｕｍｅｈｏｌｏｇｒａｐｈｙｕｎｄｅｒｕｌｒａｓｈｏｒｔｐｕｌｅｄａｓｅｒｂｅａｍｉｌｕｍｉｎａｔｏｎ［Ｊ］．犃犮狋犪犘犺狅狋狅狀犻犮犪犛犻狀犻犮犪，２００６，５（）：４９１５３．杨冰，阎晓娜，张瑜．光折变光栅在超短脉冲光照射下衍射的研究［］．光子学报，００６，５（）：１４９１５３．ＺＨＵＪｉｎｇ，ＨＡＮＧＨｅｎｇ，ＨＥＮＬｉｎｓｅｎＬＩＸｉｏｉｎ，ＨＯＵＸｉｏｈｏｎｇｉｌａＺＣａｊａＺａ犻犻犮狋犾犮犻狋犲狋：ｃｉｉｉｒｌｉｉｉａｉｓｉｔ（ｃｌｃＳｉ，ｃｉｌｉ２５ｒｉｌｉｆｒｉｃｅｉ８３ｓｌｃｆｉｉｉｚｌｉｉｉｔｉｉａｉｌｃｃｉａｉｆｒｉｃｅｌｃ犻ｓＳｄｉｉｓｉａｉｉ１０期朱冀梁，等：多光束纳秒紫外激光制作硅表面微结构２４６７犉犪犫狉犮犪狋狀犵犕犻狉狅狊狉狌犮狋狌狉犲狅狀狋犺犲犛狌狉犳犪犮犲狅犳犛犻犻狅狀犝狊狀犵犕狌犾犻狆犾犅犲犪犿狅犳犖犪狀狅狊犲犮狅狀犱犝犞犔犪狊犲狉，（狀狊犻狌狋狅犳犐狀犳狅狉犿犪狋狅狀犗狆狋犮犪犾犈狀犵犻狀犲犲狉犻狀犵，狅狅犮犺狅狑犝狀犻狏犲狉狊狋狔，狌狕犺狅狌２１５００６，犺犻狀犪）犃犫狊狉犪犮狋Ｔｈｅｍｉｒｏｇｒａｔｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ（ＭＧＳｓ）ｗｅｒｅｆａｂｒｃａｔｅｄｂｙａｂｌａｔｏｎｄｉｅｃｔｙｏｎｔｈｅｓｌｃｏｎｗａｆｅｒｓｕｓｎｇｔｈｅｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｌｓｅｒｏｆ３５１ｎｍｄｉｏｄｅｐｕｍｐｅｄｓｏｌｄｓｔａｔｅｌａｓｅｒ（ＤＰＳＳＬ）ｐｕｌｅｓ．ＴｈｅｍｅａｓｕｒｎｇｒｅｓｕｌｏｆａｔｏｍｉｆｏｒｃｅｍｉｒｏｓｃｏｐｙＡＦＭ）ａｎｄｓｃａｎｎｉｎｇｅｅｃｔｒｏｎｍｉｒｏｓｃｏｐｅ（ＥＭ）ｗｅｒｅｃａｒｒｅｄｏｕｔ．Ｔｈｅｄｅｐｔｈｏｆｇｒｏｏｖｅｓｃｏｕｌｄｂｅ５５ｎｍｆｏｒｏｎｅｄｉｍｅｎｓｏｎａｌｍｉｒｏｇｒａｔｎｇａｎｄ４５ｎｍｆｏｒｃｒｏｓｓＭＳＧｓｗｈｉｅｔｈｅｐｅｒｏｄｏｆＭＧＳｓｗｅｒｅ１．５μｍａｎｄ０．５μｍ，ｅｓｐｅｃｔｖｅｙ．ＡｎｄｔｈｅｆｒｓｔｏｒｄｅｒｄｉｆａｃｔｏｎｅｆｉｉｎｃｙｏｆｔｈｅｔｗｏｄｉｍｅｎｓｏｎａｌｃｒｏｓｓＭＳＧｓｖａｒｅｓｂｅｔｗｅｅｎ１．％ａｎｄ６．％．Ｔｈｉｒｅｓｅａｒｃｈｉａｂｏｕｔｉｎｔｒｏｄｕｃｎｇａｎｏｖｅｍｅｔｈｏｄｆｏｒｃｈａｎｇｉｎｇｔｈｅｍｉｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｎｔｈｅｓｕｒａｃｅｏｆｓｌｃｏｎａｎｄｏｐｔｍｉｉｎｇｔｈｅｐｈｏｔｏｅｅｃｔｒｃｐｅｃｕｌａｒｔｙｏｆｉ．Ａｎｄｉｅｘｔｅｎｄｓｔｈｅａｐｐｌｃａｔｏｎｏｆｈｉｇｈｐｏｗｅｒｌｓｅｒａｂｌｔｏｎｉｎｔｈｅｆｅｄｏｆｍｉｒｏｍａｃｈｉｎｉｎｇａｓｗｅｌ．犓犲狔狑狅狉犱狊：Ｍｉｒｏｇｒａｔｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；Ａｂｌｔｏｎ；Ｄｉｆａｃｔｏｎｅｆｉｉｎｃｙ；Ｓｉｉｏｎ犣犎犝犑犻犾犪狀犵ｗａｓｂｏｒｎｉｎ１９８３．ＮｏｗｈｅｉｓｔｕｄｙｉｎｇｆｏｒｈｉＭ．．ｅｇｒｅｅｉｎｔｈｅＩｎｓｔｔｕｔｅｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｏｎＯｐｔｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｎｇ，ＳｏｏｃｈｏｗＵｎｉｖｅｒｓｔｙ．Ｈｉｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｔｅｒｅｓｔｓｆｏｃｕｓｏｎｉｎｖｅｓｔｇａｔｏｎ 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