振动辅助纳米压印制备光栅微纳结构表面及其性能研究

作     者：马海航 

作者单位：长春工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘亚梅;高明辉

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 0803[工学-光学工程] 

主      题：纳米压印 振动辅助加工 微纳光栅结构 填充率 薄膜 

摘      要：在众多提高光能利用效率的方法中,制备微纳结构增透薄膜可以有效降低光反射率,提高透射率。光栅结构作为微纳结构中的一种,具有特殊表面性能,因此被广泛应用于各种领域。纳米压印技术凭借制造成本低、加工效率高、可大面积制备高分辨率的光栅结构等优点在众多制备技术中脱颖而出。然而,在纳米压印过程中存在着纳米压印光刻胶填充率低导致图案转移质量不佳、压印力过大损坏模板等问题。为了解决以上问题,提出一种非谐振型振动辅助纳米压印方法。通过施加低频、低幅的一维振动,从而减小压印过程中所需的压印力,提高纳米压印光刻胶对模板空腔的填充率,改善光栅结构成型质量。主要研究内容包括:(1)研究亚波长结构增透原理,使用FDTD光学分析软件对双面光栅结构进行仿真分析,分别讨论上、下表面光栅结构周期参数对光透射率的影响规律,设计并优化出透射性能最佳的双面光栅结构。(2)建立振动辅助纳米压印数学模型,在理论上验证引入振动提高纳米压印光刻胶对模板空腔的填充效果的可行性。使用有限元分析软件分别对上、下表面光栅结构进行振动压印过程仿真模拟,讨论振动参数对填充效果与填充应力的影响规律,明确振动频率与振动幅值的优选范围。(3)根据振动辅助纳米压印所需的振动要求,设计一套非谐振型振动辅助纳米压印装置。在装置设计中,计算装置的刚度、固有频率、放大比,使用有限元分析软件对装置进行刚度分析、模态分析与应力分析。然后,对装置进行实际加工与性能测试,验证装置性能。(4)搭建振动辅助纳米压印系统,开展振动辅助纳米压印实验研究。通过施加不同振动参数制备双面光栅结构,对比实验结果的表面轮廓形貌,讨论振动参数对双面光栅结构成型质量的影响规律。分别检测在相同压印力下,振动辅助纳米压印与无振动纳米压印制备的双面光栅结构的几何尺寸,验证施加振动的有效性。对双面光栅结构进行透射率检测与浸润性检测,研究其表面性能。