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中国激光 2024年第16期51卷 243-252页

作者：付强钱静王关德苏大帅封鑫赵全忠中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室上海201800 中国科学院大学材料与光电研究中心北京100049 上海飞机制造有限公司上海201324

金刚石表面的周期性微纳结构具有增透减反、提高量子运输效率等功能,在航空航天、生物医学、集成光子学器件等领域被广泛应用。传统的电子束曝光、离子刻蚀等加工方法涉及较多步骤,对环境要求高,加工效率远远无法满足使用需求。为了解... 详细信息

金刚石表面的周期性微纳结构具有增透减反、提高量子运输效率等功能,在航空航天、生物医学、集成光子学器件等领域被广泛应用。传统的电子束曝光、离子刻蚀等加工方法涉及较多步骤,对环境要求高,加工效率远远无法满足使用需求。为了解决这些问题,超快激光微加工技术被引入,其因具有低热效应、高精度和高度可控的可设计性而备受关注。然而,单光束激光无法实现快速高效加工。为了提高加工效率,本课题组利用空间光调制器对飞秒激光光束进行5×5阵列分光,对金刚石进行了多焦点并行加工,实现了圆柱、球形、金字塔、圆锥等三维阵列结构的高精度、高效率加工。拉曼光谱结果显示,激光加工区域未发现明显的石墨化G带和激光热影响区,这说明多焦点超快激光并行加工后金刚石不会产生明显的物性改变。超快激光多焦点并行加工单晶金刚石对于开发高速、高精度的金刚石加工新技术具有重要意义。

关键词：激光技术单晶金刚石空间光调制器超快激光并行加工周期性微结构

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K9玻璃微结构超快激光加工技术研究

K9玻璃微结构超快激光加工技术研究

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作者：刘力青岛理工大学

学位级别：硕士

随着手机、平板电脑、电视机等消费类电子产品的普及,人们对液晶显示器(Liquid Crystal Display,LCD)的显示质量、产品轻薄程度有了更高的要求。为了进一步减小LCD的厚度,2015年显示行业内提出了玻璃导光板的概念,但关于激光加工玻璃导... 详细信息

随着手机、平板电脑、电视机等消费类电子产品的普及,人们对液晶显示器(Liquid Crystal Display,LCD)的显示质量、产品轻薄程度有了更高的要求。为了进一步减小LCD的厚度,2015年显示行业内提出了玻璃导光板的概念,但关于激光加工玻璃导光板散射微结构的研究还较少。K9玻璃作为硅酸盐无机材料,具有透光率高、内部杂质少等优点,是玻璃导光板的理想材料。本文从K9玻璃的导光板应用出发,研究了K9玻璃微结构的超快激光加工技术:飞秒激光串行加工技术、基于静态/动态全息图的飞秒/皮秒激光并行加工技术。具体研究内容如下:在飞秒激光串行加工技术研究中,对K9玻璃与PMMA激光加工微结构的机理、形貌、剖面轮廓进行分析。首先在激光脉冲叩击试验中,计算了K9玻璃与PMMA的损伤阈值、孵化效应。发现K9玻璃的阈值能量更高,化学稳定性更好,加工表面无明显重铸层。然后在激光旋切加工试验中,使用不同加工速度在K9玻璃与PMMA表面加工了直径约200μm的微孔。发现随着光斑重叠率越大,作用在材料表面的激光能量增加,导致微孔的刻蚀深度越大。观察形貌发现,激光加工的K9玻璃微结构表面材料溅射少,剖面轮廓更平滑。最后通过Light Tools光学软件对K9玻璃导光板背光模组进行仿真分析,发现其亮度均匀性可以达到90.2%,高于PMMA导光板背光模组的亮度均匀性(87.0%),满足显示要求。在基于静态全息图的飞秒激光并行加工技术研究中,使用一张全息图、三束激光并行加工了三个微通道结构。通过GSW算法生成了一张含有三束激光的全息图,将该全息图加载到液晶空间光调制器,入射激光经过调制器窗口后,被调制为三束激光出射。在加工过程中改变激光的输出功率,利用调制的三束激光并行加工三个微通道。经过对加工结果的观测,发现随着激光功率的增加,三个微通道的宽度明显增大,但其均一性始终保持在90%以上。这表明激光功率对分束激光的能量均一性影响并不明显。由于微通道的宽度、深度尺度较小,玻璃碎屑与重铸层对观测的影响较大,本文提出通过超声波清洗和KOH化学溶液腐蚀对加工结果进行再处理,发现超声波清洗只能去除依附在加工区域的玻璃碎屑,而KOH溶液可以有效去除微通道两侧的重铸层。对于较高激光功率加工的微通道,KOH溶液腐蚀后,仍保持了较高的宽度、深度的均一性。在基于动态全息图的皮秒激光并行加工技术研究中,使用多张全息图、多束激光并行加工了微孔阵列结构。激光直接分束为二十五束时,由于入射激光功率太低,无法刻蚀完整的微孔阵列,因此将二十五束激光的单幅全息图拆解为五幅对称排布的五束激光全息图和四幅随机排布的六束激光全息图用于并行加工。将全息图全部加载到液晶空间光调制器,并设置空间光调制器读取全息图的间隔。加工完成后对微结构进行观测,不计系统误差和零级光造成的影响,两组动态全息图加工的微孔阵列平均直径分别为3.213μm和2.706μm,均一性都达到了91%。本文发现加工系统的误差与零级光的干扰对加工微孔直径的均一性影响较大,而分束数量与光束排布方式的影响并不明显。进一步的,通过后续KOH溶液腐蚀处理,可以有效去除加工区域的烧蚀痕迹与微孔孔口的重铸层。上述研究将为玻璃导光板散射网点的激光加工工艺提供技术指导,为超快激光加工技术提供新参考,并有助于推动K9玻璃在光电子行业获得更广泛的应用。

关键词：玻璃导光板 K9玻璃微结构超快激光串行加工超快激光并行加工

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