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基于激光复合技术的金刚石抛光研究

中国激光 2024年第16期51卷 147-154页

作者：赵智炎冯昱森罗子艺蔡得涛薛亚飞王忠强于颜豪广东省科学院中乌焊接研究所广东省现代焊接技术重点实验室广东广州510650 吉林大学电子科学与工程学院集成光电子学国家重点实验室吉林长春130012 北京大学东莞光电研究院广东东莞523808

金刚石作为一种具有独特优异性能的半导体材料,在光学和电子学领域具有重要的应用价值。目前生长金刚石最常用的方法是化学气相沉积(CVD)法,采用该方法制备的金刚石薄膜通常为多晶结构,表面粗糙度高、颗粒大的缺点制约了金刚石薄膜的应... 详细信息

金刚石作为一种具有独特优异性能的半导体材料,在光学和电子学领域具有重要的应用价值。目前生长金刚石最常用的方法是化学气相沉积(CVD)法,采用该方法制备的金刚石薄膜通常为多晶结构,表面粗糙度高、颗粒大的缺点制约了金刚石薄膜的应用。笔者提出了飞秒-纳秒-离子束刻蚀的复合抛光方法并采用该方法对CVD金刚石薄膜进行抛光。结果表明:经飞秒-纳秒激光刻蚀后,金刚石表面粗糙度降低得十分明显,由未刻蚀时的4μm降至0.5μm左右,但表面出现了明显的石墨化现象;进一步采用离子束刻蚀去除表面的石墨层,最低可将表面粗糙度降至0.47μm。所提方法实现了金刚石表面的无改性平滑抛光,为金刚石表面微纳器件的发展奠定了基础。

关键词：超快激光金刚石薄膜激光抛光离子束刻蚀粗糙度

纳秒激光复合离子束刻蚀技术的CVD金刚石抛光研究

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激光杂志 2024年

作者：冯昱森赵智炎于颜豪徐颖徐地华李爱武吉林大学电子科学与工程学院集成光电子学国家重点实验室广东正业科技股份有限公司

高表面平整度的CVD金刚石在微刀具、光学窗口、半导体等领域具有非常广阔的应用前景。然而，由于CVD金刚石具有的高硬度、高耐磨性和化学惰性等特性，使得CVD金刚石的高精度抛光成为一个巨大的挑战。针对金刚石抛光难度问题，使用纳秒... 详细信息

高表面平整度的CVD金刚石在微刀具、光学窗口、半导体等领域具有非常广阔的应用前景。然而，由于CVD金刚石具有的高硬度、高耐磨性和化学惰性等特性，使得CVD金刚石的高精度抛光成为一个巨大的挑战。针对金刚石抛光难度问题，使用纳秒激光复合离子束刻蚀技术抛光CVD金刚石，开展了多晶CVD金刚石激光抛光实验研究，针对激光功率和扫描速度两种激光参数研究其对CVD金刚石烧蚀深度和表面粗糙度的影响，在此基础上对激光抛光后的CVD金刚石进行离子束蚀刻抛光，研究了离子束抛光下的金刚石表面粗糙度变化，并对离子束抛光后的金刚石表面成分进行分析。通过所述方法实现了CVD金刚石样品表面粗糙度从6.687 μm降到0.804 μm的优异的抛光效果。此研究提供了一种旨在红外窗口、微型铣床和航天航空等领域具有应用价值的金刚石抛光方法。

关键词：激光光学纳秒激光抛光离子束抛光 CVD金刚石粗糙度

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飞秒激光制备高红外吸收碳化硅表面

吉林大学学报(理学版) 2024年

作者：郭明瑞赵智炎李健王燕李爱武徐颖于颜豪吉林大学电子科学与工程学院集成光电子学国家重点实验室长春工业大学材料科学与工程学院先进结构材料教育部重点实验室

碳化硅晶体具有宽带隙、高电子迁移率、高击穿电压、高杨氏模量以及高光损伤阈值等特性，是作为高频、高温、高压器件的理想材料，然而作为一种极性晶体材料，碳化硅在10.3-12.6 μm的波段（剩余吸收带）具有极高的反射率，严重影响了... 详细信息

碳化硅晶体具有宽带隙、高电子迁移率、高击穿电压、高杨氏模量以及高光损伤阈值等特性，是作为高频、高温、高压器件的理想材料，然而作为一种极性晶体材料，碳化硅在10.3-12.6 μm的波段（剩余吸收带）具有极高的反射率，严重影响了在这一波段的应用。在本研究中，我们通过飞秒激光加工技术提高碳化硅在红外波段特别是在10.3-12.6 μm范围内的光吸收率，以解决传统加工技术难以精细加工且吸收率低的问题。采用飞秒激光直写技术，通过改变激光加工的关键参数，我们在碳化硅表面生成特定微纳结构。此外，使用场发射扫描电子显微和拉曼光谱仪对加工后的样品表面形貌和光学特性进行了详细分析。通过飞秒激光加工，碳化硅的表面形态被有效地调制，其红外吸收率显著提高，达到最高92%的吸收效率。这些微纳结构降低了材料的反射率，并增强了表面声子极化激元的激发，从而增强了材料的红外光吸收能力。本文的研究结果为碳化硅剩余吸收带的宽带吸收增强开辟了新的思路，在新型红外传感器、红外光电子器件、辐射制冷等方面有着潜在的应用。

关键词：超快激光减反射剩余射线带拉曼光谱

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基于液态膜的集成电路电光检测技术

光电子．激光 2011年第11期22卷 1688-1690页

作者：赵迪金如龙姚佳于颜豪衣茂斌杨罕吉林大学电子科学与工程学院集成光电子学国家重点联合实验室吉林大学实验区吉林长春130012

利用液态膜作为电场探测的电光材料。液态膜的探测电压灵敏度比GaAs材料高2个数量级。其原理是,基于液态极性分子的取向极化,液态膜的折射率受电场调制,从而实现电光测量。实验结果表明,在调制电场1kHz频率下测量液态膜电光系数达到95p... 详细信息

利用液态膜作为电场探测的电光材料。液态膜的探测电压灵敏度比GaAs材料高2个数量级。其原理是,基于液态极性分子的取向极化,液态膜的折射率受电场调制,从而实现电光测量。实验结果表明,在调制电场1kHz频率下测量液态膜电光系数达到95pm/V。利用液态膜对集成电路进行检测具有简单、高效的特点,很好地完成了低频场探测中弱信号的电压测量和波形显示。

关键词：电光集成电路诊断液态膜光探头

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曲面基底衍射光学元件的激光直写技术

中国激光 2017年第6期44卷 85-91页

作者：姜俊刘晋桥徐颖于颜豪吉林大学电子科学与工程学院集成光电子学国家重点实验室吉林长春130012 西安交通大学机械工程学院陕西西安710049

飞秒激光直写技术(FsLDW)因其优异的三维加工能力、高空间分辨率、低附加损伤等优点被广泛地应用于微纳加工领域,但传统飞秒激光直写技术在加工效率、加工面积和加工精度之间存在矛盾。为了实现高速、大面积、高精度的激光微纳加工,构... 详细信息

飞秒激光直写技术(FsLDW)因其优异的三维加工能力、高空间分辨率、低附加损伤等优点被广泛地应用于微纳加工领域,但传统飞秒激光直写技术在加工效率、加工面积和加工精度之间存在矛盾。为了实现高速、大面积、高精度的激光微纳加工,构建了一种由大范围水平位移台和高速旋转台组成的极坐标系飞秒激光直写系统。基于该系统,研究了轴对称样品中心对准方法及曲面曲率校准方法,并在曲面上制备了多阶三维结构。最终完成了在透镜曲面上制备直径为10mm的衍射圆光栅结构,实现了飞秒激光高速、大尺寸、高精度地制备大面积三维结构。该研究为高性能折衍混合光学元件的制备提供了有力的技术支持。

关键词：激光光学衍射光学元件飞秒激光直写极坐标系扫描

基于水辅助的飞秒激光碳化硅微孔加工(特邀)

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光子学报 2021年第6期50卷 66-70页

作者：徐思佳于颜豪陈岐岱吉林大学电子科学与工程学院集成光电子国家重点实验室长春130012

在350μm厚的碳化硅样品上加工了直径200μm的微孔,研究了基于水辅助的飞秒激光碳化硅微孔加工方法。探讨了空气中加工微孔与水辅助加工微孔的差别。水降低了加工区域的温度,大大减少了氧化反应的发生,而且加工产生的碎屑由水带走,避免... 详细信息

在350μm厚的碳化硅样品上加工了直径200μm的微孔,研究了基于水辅助的飞秒激光碳化硅微孔加工方法。探讨了空气中加工微孔与水辅助加工微孔的差别。水降低了加工区域的温度,大大减少了氧化反应的发生,而且加工产生的碎屑由水带走,避免了热影响区的形成,降低了样品粗糙度。加工出的微孔侧壁光滑,无热影响区,在工业中有实际应用的价值。该加工方法使加工形貌良好的碳化硅微孔成为现实,有望应用于碳化硅的工业加工中。

关键词：飞秒激光水辅助碳化硅微孔热影响区

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基于微流控技术的高效液相脉冲激光烧蚀法

中国激光 2017年第4期44卷 69-74页

作者：关凯珉刘晋桥徐颖于颜豪吉林大学集成光电子学国家重点联合实验室吉林大学实验区吉林长春130012 西安交通大学机械工程学院陕西西安710049

液相脉冲激光烧蚀法(PLAL)具有绿色环保、适用范围广及可制备复合材料等优点,受到学术界的广泛关注,但是较低的制备效率限制了它进一步发展。将微流控技术与液相脉冲激光烧蚀法相结合,在硅基微流控芯片中实现了快速高效制备晶格型(400~8... 详细信息

液相脉冲激光烧蚀法(PLAL)具有绿色环保、适用范围广及可制备复合材料等优点,受到学术界的广泛关注,但是较低的制备效率限制了它进一步发展。将微流控技术与液相脉冲激光烧蚀法相结合,在硅基微流控芯片中实现了快速高效制备晶格型(400~800nm)和球型(100~300nm)硅纳米结构。通过扫描电子显微镜和光谱仪对其形貌结构及分布情况进行了测试表征,获得了微流控流速、激光烧蚀功率与纳米粒子制备效率之间的关系。该方法将液相脉冲激光烧蚀法的最高制备效率提高了30%以上,达到87.5mg/min,为将来液相脉冲激光烧蚀法工业化生产提供一种新的技术路线。

关键词：激光制造液相脉冲激光烧蚀法制备效率微流体硅纳米结构

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激光脉宽对玻璃波导性能的影响(特邀)

光子学报 2021年第6期50卷 78-83页

作者：王映德于颜豪田振男陈岐岱吉林大学电子科学与工程学院集成光电子国家重点实验室长春130012

改变激光脉宽,在硼铝硅酸盐玻璃内直写光波导,研究了脉冲宽度对光波导截面形貌、模场大小及定向耦合器透射比的影响。实验中,采用脉宽为239 fs单模/多模临界功率的激光制备光波导,其截面大小由5.4μm×4.2μm(239 fs)变为5.1μm×2.4μm... 详细信息

改变激光脉宽,在硼铝硅酸盐玻璃内直写光波导,研究了脉冲宽度对光波导截面形貌、模场大小及定向耦合器透射比的影响。实验中,采用脉宽为239 fs单模/多模临界功率的激光制备光波导,其截面大小由5.4μm×4.2μm(239 fs)变为5.1μm×2.4μm(700 fs);模场大小由6.2μm×6μm(239 fs)变为5.8μm×4.8μm(700 fs)且传输模式均为单模,模场形状逐渐从圆形变成椭圆形;定向耦合器的透射比在水平偏振下由97.8%(239 fs)变化为70.2%(700 fs),在垂直偏振下由99.2%(239 fs)变化为79.7%(700 fs)。实验发现脉宽在600 fs以上的激光不利于制备性能稳定的玻璃波导。

关键词：飞秒激光脉冲宽度能量耦合玻璃波导定向耦合器

Polarization effect on critical power and luminescence in an air filament

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Chinese Optics Letters 2017年第12期15卷 1-5页

作者：刘畅臧宏伟李贺龙于颜豪徐淮良 State Key Laboratory on Integrated Optoelectronics College of Electronic Science and Engineering Jilin University Changchun 130012 China

We demonstrate that the filamentation process is strongly influenced by the polarization state of the driver laser. When the laser polarization changes from linear to circular, the critical power for the self-focusing of a Ti：Sapphire laser （800 nm, 40 fs） in air increases from about 9.6 ± 1.0 to 14.9± 1.5 GW, while the second nonlinear refractive index n2 of air decreases from 9.9 × 10-2o to 6.4 ×10-20 cm2/W. We also demonstrate that the luminescence from the neutral nitrogen molecules at 337 nm is dependent on both the laser intensity and plasma density inside the filament.

关键词： Polarization effect on critical power and luminescence in an air filament