激光直写技术的研究现状与进展

激光直写技术的研究现状与进展

一、激光直写技术的研究现状及其进展(论文文献综述)

李志宝[1](2020)在《GaAs基太阳能电池超薄窗口层表面织构设计制备及光电性能研究》文中提出高效率的太阳能电池是太空工作站、空间卫星、临近空间飞艇、长航时太阳能侦察飞机等航天飞行器主要能源的提供者。随着国家太空战略规划的确定与发展,目前所用的GaAs基空间太阳能电池远远不能满足未来航天的功率需求。因此,进一步提升其光电转化效率迫在眉睫。GaAs基空间太阳能电池的表面反射率是制约其转化效率的重要因素,降低其表面反射率可以增加透过电池窗口层参与光电转化的光子数量达到提高电池光电转化效率的目的。目前国内外研究降低表面反射率的主要方法是采用减反射膜,而减反射膜的寿命和对波长的局限性缺陷难以克服。而电池表面构造微纳织构实现减反增透可有效避免上述缺陷。本文以单结Ⅲ-Ⅴ族GaAs基太阳能电池为研究对象,采用软件模拟、飞秒激光诱导、紫外光刻和离子束刻蚀等方法在自主设计制备的电池窗口层表面构筑具有减反效果的微纳织构。系统研究了不同加工方式下织构化的电池的表面形貌、反射率等表面特性变化规律和光电转化效率的增加与衰退机理。获得主要结论如下:(1)设计制备了A、B两种GaAs基单结异质太阳能电池。A电池的窗口层厚度为200 nm,表面平整度较高,反射率为34.94%,光电转化效率为13.72%;B电池的窗口层厚度为30 nm,表面反射率为31.72%,光电转化效率为19.36%;通过对比A电池和B电池发现电池窗口层Al In P材料的厚度能够显着的影响光电转化效率。厚度越大,对入射进入电池内部的光子消耗作用就越大,降低厚度可以有效的提高电池的光电转化效率。具有相同设计参数的B电池与C电池对照说明,窗口层Al In P材料表面纳米级的微纳织构可降低电池表面的反射率,提高光电转化效率。(2)基于标量、矢量衍射和等效介质理论阐明了微结构减反射的基本原理。采用FDTD模拟分析了四种常见微结构(圆锥、余弦截面锥、抛物截面锥、金字塔)不同结构尺寸下的减反射特性,获得了与四种微结构相对应的反射率随结构高度变化的规律及最佳高宽比随着结构高度变化的规律;模拟分析了四种常见微结构两两复合的减反射特性,模拟结果表明:两种结构复合所得的反射率不等于相同参数下两种单一结构反射率的平均数;两种结构复合所得的反射率或者低于相同参数下每个单一结构的平均反射率或者介于相同参数下两个单一结构的反射率之间。上述结果表明选取合适的微结构复合有利于降低材料表面的反射率。(3)采用飞秒激光在A电池表面诱导出不同的微纳织构。实验测试得10个脉冲下的损伤阈值0.0113 J/cm2和100个脉冲下的损伤阈值0.033 J/cm2,理论计算获得理论损伤阈值为0.047 J/cm2。实验损伤阈值与理论损伤阈值之间相对误差的产生是由于激光能量的不确定性、光斑损伤面积的测量误差、线性拟合误差、光斑模型简化和Al In P材料特性均化等因素导致。实验获得在给定参数下飞秒激光引起电池表面窗口层Al In P材料损伤的最小单脉冲能量为2.982μJ。随着单脉冲能量的增加,飞秒激光对电池窗口层材料的损伤程度逐渐增加。相同单脉冲能量下减小光斑的纵向位移可以增加电池的损伤程度。表面反射率随着单脉冲能量的增加而降低,飞秒激光制备的表面微织构具有明显的减反射作用。分析了电池光电性能增加与衰退的机理。在实验获得最小单脉冲能量的极小损伤情况下,电池的光电转化效率由13.72%降低到12.46%,进一步增加单脉冲能量则电池光电性能急速下降,电池严重受损。(4)采用新一代激光直写工艺在A电池窗口层Al In P材料表面精确制备纳米深度的槽形阵列和十字交叉型阵列。优化得出激光功率270 m W,脉冲宽度490ns,激光波长405 nm的参数条件下,电池表面槽型结构的深度可控制在5 nm内。激光直写制备的微槽结构不平整,同一加工参数下不同样品之间所得纳米阵列尺寸有轻微波动,同一样品之间微结构一致性较好。纳米阵列结构可降低电池表面的反射率。相同的线宽比条件下,十字交叉型纳米阵列相比于横槽型纳米阵列反射率更低。具有横槽型纳米阵列结构的电池性能,转化率由13.72%下降至13.48%与13.01%之间;具有十字交叉型纳米阵列结构的电池性能可达13.59%。(5)采用离子束刻蚀工艺对电池表面窗口层Al In P材料进行表面织构,试验获得最优化的旋涂光刻胶参数,当旋涂时间为30 s,加速度为1000 rpm/s,速度2000 rpm时基片上可获得较好的光刻胶薄膜;获得最优化的光刻胶烘焙温度为135℃下保温15 min;获得最优化的光刻胶(LC100)曝光时间为5 s;实验获得了离子束刻蚀在此设备及相关设置参数下对电池窗口层Al In P材料的刻蚀速率约为1 nm/s。采用QE系统测得电池表面制备5 nm和30 nm的纳米结构可使电池的反射率降低2-4个百分点,而电池的光电转化效率均有所下降。本研究优化了单结Ⅲ-Ⅴ族GaAs基太阳能电池表面微纳织构制备工艺,为获得高效、稳定、长寿命的多结Ⅲ-Ⅴ族太阳能电池提供了理论支撑。

林雨[2](2020)在《基于柔性基底的超材料结构与光电特性调控研究》文中提出柔性智能光电子器件在未来显示、人工智能和生物医学等诸多科技领域具有巨大的应用潜力。当前,性能优异、轻薄便携且易于集成的柔性智能光电子器件的理论设计研究和实验加工制备技术的相对滞后已逐步成为阻碍相关技术领域进步的瓶颈。本文重点研究新型智能材料的电控光学特性,并将亚波长结构与新型智能材料相集成,通过理论设计、仿真模拟和微纳加工制备出相关器件,并进一步研究相关柔性智能光电子器件的调控机制及性能特征,从而为获得实用化的柔性光电子器件打下一定的基础。具体研究内容及创新成果如下:(1)研究了有机电致变色材料:聚3,4—乙撑二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)薄膜在不同还原态下的光学性能。首先使用旋涂法在惰性金属电极上制备了均匀致密的PEDOT:PSS薄膜,然后在含有钠离子的电化学电池中对其进行梯度的氧化和还原反应,采用计时电流法研究其电化学特性。最终,经过对PEDOT:PSS薄膜材质特有的双稳态性质加以运用,使用椭偏仪对不同反应状态下的PEDOT:PSS薄膜的在整个可见光波段(400-800nm)光学特性进行了研究,获得了材料在不同反应状态下的折射率和消光系数。电化学实验结果显示,不同的工作电压(相对于参比电极)可使PEDOT:PSS薄膜处于不同的反应状态。当在电化学电池中对PEDOT:PSS薄膜施加0.6 V工作电压,可使其处于完全氧化态,即0%还原态,当对其依次施加-0.6 V、-0.8 V、-1 V、-1.2 V、-1.4 V的工作电压,可使其分别处于20%、40%、60%V、80%、100%的还原状态。椭圆光谱数据显示,在PEDOT:PSS薄膜由氧化态向还原态转化的过程中,材料的折射率随材料还原程度的增加而递增,材料的消光系数则随材料还原程度的增加而上升。(2)理论设计并实验制备了一种柔性可调谐超构透镜。该器件由柔性基底、透明电极、金属纳米块阵列、PEDOT:PSS材料和凝胶电解质组成。理论计算和仿真结果表明,利用金属纳米块结构单元方位角旋转度数的梯度变化,可以获得(0-2π)的全相位延迟。当PEDOT:PSS层由氧化态转变为还原态时,具有不同旋转角的单元结构的透射相位均增加相同数值,而透射振幅均减小相同数值。根据该独特性质,我们应用于可见光波段的聚焦能量可调谐的超构透镜进行了理论设计。采用电子束曝光光刻技术、电子束蒸发镀膜技术、剥离工艺以及丝网印刷技术在柔性衬底上加工制备了该器件。最后自主设计和搭建测试光路对器件性能做了测试和分析。实验结果显示,该可调谐超构透镜可以有效的对入射光进行聚焦,并且可以通过施加较小(<2.5V)的工作电压实时动态的对其聚焦能量进行实时动态调控,调制深度可超过80%。该调控过程不会影响器件的其他聚焦性能,焦距、焦点位置、聚焦模式均保持不变,并且是完全可逆的,响应速度小于1.3 s,平均功耗低于2.1 mW。(3)理论设计并实验制备了一种柔性智能彩色显示屏。该器件由柔性基底、集成有波导模式光栅的透明电极、PEDOT:PSS材料和凝胶电解质组成。理论计算和仿真结果表明,由不同周期的波导模式光栅阵列构成的全介质超表面可以显示不同的颜色。利用电压来动态控制PEDOT:PSS薄膜材料光学性质可以动态调控波导模式光栅阵列周围的介电环境,使其与入射电磁波共振模式发生改变,就可以“开启”或“关断”波导模式光栅阵列的颜色显示性能,由此可以实现彩色动态显示效果。利用电子束曝光光刻、激光直写光刻、感应耦合等离子刻蚀、丝网印刷以及刮涂等工艺在超薄的柔性衬底上加工制备了相关器件,自主搭建测试光路对器件性能做了测试和分析,并拍摄了相关动态显示视频。实验结果表明,该器件可以有效的显示各种颜色以及各种图案,当施加-1.5 V的工作电压使PEDOT:PSS膜处于氧化状态时,即器件处于“开”状态时,器件单元具有良好的彩色显示特性,可以同时显示红、橙、黄、绿、青、蓝等不同颜色,绝对反射率在12%到28%之间。而当施加2.5 V的工作电压使PEDOT:PSS膜处于还原状态,即器件处于“关”状态时,器件在整个可见波段的反射率几乎为零,意味着没有颜色显示出来,调制深度可以达到78%-90%该过程是完全可逆的且具有良好的循环特性。(4)提出并理论设计了一种基于柔性衬底和全介质超表面的高效超宽带反射式分束器。该器件由二氧化钛纳米圆柱阵列和叠层高效反射器组成。仿真计算结果表明所设计的全介质分束器具有出色的异常反射能力,能够在70 nm带宽(490-560 nm)范围内实现效率高于90%分束效果,尤其是在某些波长(530 nm)下,已经可以实现高于94%的转换效率。提出并理论设计了一种基于柔性衬底和二氧化钛纳米圆柱阵列的全介质透射式高效分束器,工作在可见光波段(532 nm)。数值仿真结果显示该分束器具有出色的异常透射能力,能量转换效率高达90%以上。提出并理论设计了一种基于柔性衬底、PEDOT:PSS和二氧化钛纳米圆柱阵列的透射式全介质可调谐分束器,工作在可见光波段(532 nm)。数值仿真结果显示通过电压可以在保持分束效果的前提下,动态调控该分束器的能量转换效率,能量转换效率的调制深度可达78%。

丁闪闪[3](2020)在《平面光波导系统光学特性研究》文中研究指明随着信息时代的发展,近眼显示技术在军用、商用、民用领域获得广泛应用,其结构也从传统的折返式透镜向平面光波导变化。传统的近眼显示器的光学系统较为复杂,存在多个折返光路,导致系统体积庞大;而平面光波导结构则降低了光学系统的复杂性,使整个系统更加紧凑、轻巧化。目前基于光波导近眼显示技术还不算成熟,一直存在着光能利用率低、视场小、高质量的衍射光栅制备难度大等问题。因此本文针对光波导系统现存的常见问题进行分析和解决。为了克服电子束加工成本高、周期长的问题,本文首先对光栅结构进行了设计,令光栅周期为固定值,以光栅的衍射效率为设计目标,标量理论为计算方法,得出最优的光栅结构为直角三角形;然后用矢量理论优化了光栅结构的各个参数。随后将设计的光栅结构代入光波导系统进行分析,由于设计的光栅周期为微米级,导致入射光需要以较大角度入射才能在波导中实现全反射,而入射角度过大时会导致光栅衍射效率的下降,从而降低整个系统的光能利用率。为了使垂直入射光也能发生全反射,提出了一种楔形光波导结构,不仅提高了系统的光能利用率并且增加了视场角和角度均匀性;为了实现较大的出瞳显示区域,对提出的楔形光波导系统进行出瞳扩展,为了保证扩展后出瞳图像的连续性和均匀性,对出瞳扩展后的楔形波导结构进行优化。最后采用无掩膜光刻直写技术制备了直角三角光栅,针对实际制备光栅衍射效率低于理论值的问题,提出了从傅里叶级数的角度分析高频信息对光栅表面结构的影响,理论分析了光栅结构误差和衍射效率之间的关系。

李智斌[4](2018)在《小型激光直写系统的设计与实现》文中认为光刻技术是目前平面半导体器件加工制造中的重要技术之一。相比于传统掩膜光刻,激光直写技术拥有无需掩膜,加工灵活,对基底表面平整度要求较低的优势。目前,激光直写技术主要应用于集成电路制造,材料表面处理与刻蚀,衍射光学元件加工,微纳原型器件制作等领域。除了提高激光直写空间分辨率与效率、丰富其功能并拓展其应用领域外,小型化也是激光直写技术发展的重要方向之一。现有的商业化大尺度激光直写仪器虽然较为成熟,但价格昂贵,软硬件相对固化,难以根据用户需求进行快速的升级。与之对应的小型桌面式激光直写系统,占地面积小,价格相对低廉,特别适合于微米尺度的电子与光电子单元原型器件的制作,材料的表面处理,以及微流控芯片加工等中小尺度器件的实验室制备。基于此目的,本文研究制作了一套基于笼式系统的小型紫外激光直写系统,系统具有易于组装调试、灵活多用等优势。论文主要包括:首先,论文从光刻技术的研究背景出发,进而简要介绍了激光直写技术的基本原理、优势与发展历程,在此基础上,提出了本文的研究思路与研究目的;其次,讨论了激光直写技术实现的主要基本原理;然后,介绍了我们利用笼式系统开发的小型激光直写系统,包括系统硬件与软件设计、调试、以及基于光刻胶的刻写实现;最后,我们讨论了利用上述系统,制作金属阵列结构与微纳单元原型器件的工艺优化。主要结论包括以下几个方面:(1)我们采用了Thorlabs笼式系统进行光路搭建,易于实现光路的共轴调整,降低了光路调试难度,提升了系统稳定性。系统主要光路由刻写光路、照明光路和自聚焦光路三部分组成。利用405单模光纤激光器为刻写光源,与步进电机、压电物镜和商用自动聚焦系统联用,实现了实时自动聚焦的刻写,直写范围可达(受限于样品台移动范围)±10 mm,正性光刻胶(AZMIR703,厚度1μm)刻写线宽为1.5μm,点扫描模式下光刻速度达100 dot/s(1μm2/dot)。(2)利用图形化编程语言LabVIEW,通过读取AutoCAD保存的DXF文件,实现了对预设图形的直写控制。为了提高光刻速率和时间同步性,在仪器控制上我们选用了FPGA(具有0.25μs的数字时钟和1 MHz,16位分辨率的模拟输出),解决了计算机的通信速率慢,通信时间周期不稳定的问题。(3)利用CMOS摄像头采集图像、测量距离、设置起点,实现了定位、对准刻写。(4)实现了点扫描的图形光刻,讨论了激光功率和聚焦位置与光刻线宽的关系,获得了较好的功能参数。通过实验测试对比,选用了合适的光刻胶,同时优化了光刻工艺流程和适用于正胶的金属剥离工艺。

詹世超[5](2018)在《吸收度调制激光直写关键技术研究》文中提出光学超分辨技术在光学加工、检测以及成像等领域有着广泛的应用。光学超分辨光刻是光学超分辨技术在光刻领域的实践。在众多超分辨光刻技术中,基于光致变色材料的吸收度调制超分辨光刻是一种利用远场光调制近场光的非接触式光刻技术,具有对比度高且控制简单的优点。但是该技术主要是用干涉条纹来限制光刻的线宽,只能产生如光栅的简单图案,难以提高单点分辨率。本课题组创新性地将该技术和激光直写系统融合在一起形成了吸收度调制激光直写系统,并成功刻写出超分辨直写线条。尽管如此,对基于光致变色材料的吸收度调制激光直写技术的研究还不够深入。基于此,本论文的主要目的并非产生超分辨直写线条,而是作为补充,研究它的理论基础和若干关键技术。基于光致变色材料的吸收度调制激光直写的机理是吸收度调制效应,它是通过限制光调节光强来调节介质对写入光的吸收率进而调制其透射光强。当写入光照射光致变色材料时,材料的构型从一种结构转化成另一种结构,两种结构有不同的吸收光谱,而限制光可以将此变换逆转,两者相互竞争。由于限制光在吸收度调制中作用更明显,当达到动态平衡时,写入光的线宽被有效地压缩。本文分析了该效应的微观过程,并以此建立了吸收度调制激光直写整个流程的数学模型。光致变色层和光刻胶层组成了系统用的复合胶层,他们的相关特性对于直写效果影响重大。本文研究了光致变色材料和光刻胶的化学特性,并通过分析目前在它们的选择上遇到的难题提出了本课题选择两种材料的依据。同时本文还实际制作了皂黄PMMA薄膜和皂黄PVA薄膜搭配正胶和负胶两两组合构成的复合胶层,对他们的组合兼容性和独立的特性都进行了实验测试,一步步解剖了复合胶层在本课题中的性能。考虑到本课题的吸收度调制激光直写系统中已有涡旋光的存在,本文提出了利用涡旋光剪切干涉对焦的技术方案。涡旋光具有暗中空结构,它的剪切干涉条纹是一对方向相反的叉形,且对离焦情况十分敏感。这种借助涡旋光的对焦方案可以在一幅干涉图像上同时获得离焦量和离焦方向,给吸收度调制的光学系统对焦提供了新的思路。总之,吸收度调制激光直写是吸收度调制和激光直写的强强联合,只要对它深入研究,将其投入实际生产应用,前景定是无限光明的。

薛靖宇[6](2017)在《激光直写三维微结构加工工艺的研究》文中指出激光直写系统加工三维微纳结构主要利用了光刻胶的双光子聚合效应,通过控制激光聚焦点的功率及位置,让光刻胶发生交联反应,理论上可以制备出任意三维形貌的微纳结构。目前,加工三维微纳结构多使用价格高昂的飞秒激光器,不利于整个工艺的推广。本论文研究了一种基于532nm连续激光器搭建的激光直写微纳加工平台,讨论了使用该系统加工微纳结构的基本原理,分析了微纳结构加工对系统的工艺要求,研究系统加工微纳结构的工艺流程,摸索出了一套三维微纳结构的加工工艺并进行优化,最后通过实验制备了多种微纳结构,验证了工艺的可靠性。本论文主要工作可以概况为以下两个方面:(1)对微纳结构加工关键技术和工艺要求的研究。首先,介绍了光刻胶曝光原理以及双光子聚合效应的原理,研究了提高双光子聚合效果的主要方法;接着研究了对微纳结构加工的工艺要求:包括对系统的光路调节的要求,对光刻胶使用的工艺要求,以及对微纳结构加工文件的工艺要求等;最后汇总了整个加工的工艺流程,并对微纳结构制备过程中可能出现的问题进行了讨论分析。(2)对系统加工分辨率的研究。通过实验的方法,研究了连续激光的加工功率与扫描速度等重要参数对微纳结构制备的影响,研究出实验所搭建的直写平台的加工分辨率;最后,优化了微纳结构加工的工艺参数和平台使用的工艺流程,通过加工木材堆、螺旋、球体等复杂三维微纳结构验证了工艺的可靠性。

宓斌华,李静[7](2016)在《基于计算机控制的激光直写系统的设计及应用》文中进行了进一步梳理激光直写技术具有加工效率高、加工速度快、环境污染小等优点,近年来在国内的发展非常迅速。采用计算机操纵控制的激光直写技术,可以构建复杂的微纳图案,满足微细加工要求。建立了一套基于计算机控制的激光直写系统,它由光机电和控制软件部分组成。在建立的系统上,以玻璃为基底进行了金光栅的制作并对其进行了形貌测量。测量结果表明,采用该激光直写系统制作的金光栅具有较高的重复精度。

曹虎[8](2016)在《连续激光三维微结构直写系统的设计与研究》文中研究说明三维激光直写系统是利用双光子吸收效应,把激光束聚焦后射入光刻胶,在聚焦中心区域内一微小空间发生双光子交联反应,而其他区域,因达不到发生双光子吸收非线性效应的光强阈值而不发生变化。控制激光聚集点在光刻胶内的扫描路径,就能曝光出设计的三维微纳结构。激光直写技术具有无掩膜、成本低、操作方便等优点,使其成为三维微结构领域的一个新的研究热点。本文提出并验证了一种基于473 nm连续激光器的三维激光直写系统,讨论了搭建基于双光子吸收效应的微纳加工系统的过程和方法,并制作出了微米级别的二维和三维结构。研究内容包括以下几个方面:(1)对激光直写系统的关键技术和方法的研究。介绍了双光子吸收效应的原理、特点和过程,推导出影响双光子交联反应发生几率和发生范围的主要因素。描述了搭建基于连续激光器的双光子微纳加工系统的方法和过程,包括光路调整、自动对焦、直写坐标文件生成及扫描路径优化、水平误差修正等。(2)对工艺参数进行了优化。通过实验的方法,分析了激光功率、扫描速度、横向扫描间距和纵向扫描间距对加工器件质量的影响,优化了工艺参数。最后,使用优化好的工艺参数成功的制作了三维方孔、二维阿基米德螺旋、直线天线阵列和三维木堆光子晶体结构。

姜英杰[9](2016)在《柔性金属微纳结构转印机理及方法研究》文中研究指明基于金属微纳结构的新功能材料可以广泛应用于平板显示、新能源、传感器等新兴产业领域。传统金属微纳结构制造需要高温加热、化学刻蚀、物理刻蚀等工艺流程,这些流程较难在柔性基底上实现,因而转印技术成为柔性金属微纳器件制备的首选技术。现有的转印方法主要工艺流程为:首先,采用电子束刻蚀、激光直写或自组装等技术获得微结构母模板,采用塑性材料复制母模板形成微纳结构的软模板,该模板称为转印载体;其次,在转印载体表面蒸镀或沉积金属层,在一定条件下,如温度、压力、光照等,将附有金属层的转印载体与受体基底压合;最后,将转印载体与受体基底分离,即可将转印载体表面凸起部分的金属层转移到受体基材表面。带有巯基末端的有机物可以与金属之间形成较强的化学键合力,利用这种键合力可以实现金属表面结构的转移。基于这种基本理论,本文提出了基于巯基表面修饰的金属纳米转印方案:使用浸泡法在柔性基材表面自组装一层带巯基末端的分子层作为转印受体,使用表面镀有功能金属层的微纳结构作为转印受体,施以特定转印条件后,转印载体表面凸起部分的金属层可以成功的转印至转印受体表面。该方案操作简单,转印效率高,可为工业化生产提供一定参考。厌氧紫外胶是一种紫外和厌氧双重固化型胶粘剂,具有普通紫外胶和厌氧胶所不具备的优良特性。受厌氧紫外胶的优良性能的启发,本文提出了基于厌氧紫外胶的金属微纳结构转印方案,通过控制厌氧紫外胶的涂布厚度,在转印过程中构筑厌氧富氧条件,以达到选择性转印的目的,并探究出基于厌氧紫外胶的増嵌式及夺取式两种转印方案。实验结果表明,基于厌氧紫外胶的金属微纳结构转印方案可以用于金属微纳结构转印,并且转印后具有其他转印方案不具有的金属分布方式,具有一定的研究意义。

王晓龙[10](2016)在《微角锥阵列衍射成像性质及其制作的研究》文中认为微角锥阵列是由大量角锥单元组成的,每一个角锥单元都包含了三个相互垂直的反射面。微角锥阵列在测距、交通标志等方面已经得到了有效的应用。角锥阵列除了回反射性能外,在满足一定条件时还可以作为相位共轭元件使用。目前作为相位共轭器的角锥阵列的应用已经扩展到通讯、激光谐振腔、波前校正、干涉计量以及头盔成像等更为广阔的各个方面。激光直写技术作为一种重要的微加工技术,具有精度高、三维加工能力强、无需掩膜一次成型等优势。本论文对角锥阵列相位共轭成像特性进行了分析,研究了基于激光直写技术的微角锥阵列的设计、制作,主要内容包括以下几个部分:一、简要的阐述了高精度三维微光学器件发展的现状及激光直写技术的原理,并分析了微角锥阵列在三维显示中的应用。二、对微角锥阵列的衍射成像进行了理论分析。主要包括角锥单元的回射特性和微角锥屏的衍射特性,并对角锥阵列屏的回射成像进行了模拟。三、基于激光直写技术进行微角锥阵列的制作。经过涂胶测试及光刻胶的曝光响应测试,并利用激光直写、电铸拼版、UV复制等技术成功制作了高质量的微角锥阵列屏。综上所述,本文紧跟目前高精度三维微光学器件的应用需求,基于激光直写技术获得了高精度的微角锥阵列屏,并对其成像性质进行了深入的理论分析。本研究在推动微角锥光学元件商业化及未来三维显示应用方面做出了努力。

二、激光直写技术的研究现状及其进展(论文开题报告)

(1)论文研究背景及目的

此处内容要求:

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例:

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

(2)本文研究方法

调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、激光直写技术的研究现状及其进展(论文提纲范文)

(1)GaAs基太阳能电池超薄窗口层表面织构设计制备及光电性能研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 GaAs基太阳能电池国内外发展及研究近展
        1.2.1 GaAs基太阳能电池的工作原理
        1.2.2 GaAs基太阳能电池的研究进展
    1.3 常用表面微结构制备方法
        1.3.1 飞秒激光技术
        1.3.2 激光直写技术
        1.3.3 离子束刻蚀技术
    1.4 电池表面微纳织构的形成机理分析
        1.4.1 激光诱导AlInP光学薄膜微结构形成机理
        1.4.2 半导体光电材料的激光损伤机制
    1.5 研究目的和主要研究内容
第二章 电池制备与检测方法
    2.1 实验材料
        2.1.1 电池设计
        2.1.2 电池制备
        2.1.3 电池性能
    2.2 实验方案
        2.2.1 飞秒激光诱导实验
        2.2.2 新一代激光直写实验
        2.2.3 离子束刻蚀实验
    2.3 制备与表征方法
        2.3.1 电池制备
        2.3.2 测试平台搭建
        2.3.3 扫描电镜分析
        2.3.4 原子力显微镜分析
        2.3.5 非接触光学轮廓仪
        2.3.6 太阳光模拟器测试
第三章 窗口层AlInP材料不同微结构对反射率的影响研究
    3.1 微结构减反射原理
        3.1.1 标量理论
        3.1.2 矢量衍射理论
        3.1.3 等效介质理论
    3.2 几种典型单一微结构减反射性能模拟
        3.2.1 圆锥形微结构减反射性能研究
        3.2.2 余弦截面锥形微结构减反射性能研究
        3.2.3 抛物截面锥形微结构减反射性能研究
        3.2.4 金字塔形微结构减反射性能研究
    3.3 复合微结构减反射性能模拟
        3.3.1 圆锥与金子塔锥复合结构减反射性能研究
        3.3.2 圆锥与抛物截面锥复合结构减反射性能研究
        3.3.3 金字塔锥与抛物线截面锥复合结构减反射性能研究
        3.3.4 圆锥与余弦截面锥复合结构减反射性能研究
    3.4 本章小结
第四章 飞秒激光诱导Al In P表面织构实验及其性能研究
    4.1 损伤阈值计算
        4.1.1 10个脉冲下的实验损伤阈值
        4.1.2 100个脉冲下的实验损伤阈值
        4.1.3 理论损伤阈值
    4.2 飞秒激光诱导对电池微观形貌的影响研究
        4.2.1 最小单脉冲能量测定
        4.2.2 光斑纵向位移为3μm时激光能量对电池形貌的影响
        4.2.3 光斑纵向位移为1.5μm时激光能量对电池形貌的影响
    4.3 飞秒激光诱导对电池反射率的影响研究
        4.3.1 制备微结构减反射的适用机理
        4.3.2 实验结果分析
    4.4 飞秒激光诱导对电池光电性能影响的研究
        4.4.1 光电性能增加与衰退机理
        4.4.2 实验结果分析
    4.5 本章小结
第五章 新一代激光直写AlInP表面织构实验及其性能研究
    5.1 新一代激光直写工艺
    5.2 新一代激光直写对电池微观形貌的影响研究
        5.2.1 横槽型纳米阵列形貌
        5.2.2 十字交叉型纳米阵列形貌
    5.3 新一代激光直写对电池反射率的影响研究
        5.3.1 横槽型纳米阵列反射率分析
        5.3.2 十字交叉型纳米阵列反射率分析
    5.4 新一代激光直写对电池光电性能的影响研究
        5.4.1 横槽型纳米阵列电池光电性能分析
        5.4.2 十字交叉型纳米阵列电池光电性能分析
    5.5 本章小结
第六章 离子束刻蚀AlInP表面织构实验及其性能研究
    6.1 离子束刻蚀电池表面工艺
        6.1.1 光复印工艺
        6.1.2 离子束刻蚀工艺
    6.2 离子束刻蚀对电池微观形貌的影响研究
        6.2.1 刻蚀速率测定
        6.2.2 刻蚀形貌表征
    6.3 离子束刻蚀对电池反射率的影响研究
        6.3.1 A电池反射率分析
        6.3.2 B电池反射率分析
    6.4 离子束刻蚀对电池光电性能的影响研究
        6.4.1 A电池实验结果分析
        6.4.2 B电池实验结果分析
    6.5 本章小结
第七章 总结与展望
    7.1 总结
    7.2 展望
参考文献
致谢
博士期间发表的论文及其它科研成果

(2)基于柔性基底的超材料结构与光电特性调控研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景
    1.2 可调谐柔性超表面的国内外研究现状
    1.3 课题的意义和主要研究内容
第2章 可调谐柔性超表面的相关理论与制备技术
    2.1 表面等离子激元的理论基础
    2.2 波导模式共振的理论基础
    2.3 时域有限差分(FDTD)数值计算方法
    2.4 可调谐柔性超表面的制备技术介绍
        2.4.1 镀膜系统简介
        2.4.2 光刻系统简介
        2.4.3 感应耦合等离子刻蚀系统简介
    2.5 本章小结
第3章 有机电致变色材料PEDOT:PSS的电调控光学特性研究
    3.1 引言(电致变色材料简介)
    3.2 PEDOT:PSS薄膜材料简介
    3.3 PEDOT:PSS薄膜材料的电控光学特性测试
        3.3.1 PEDOT:PSS薄膜的制备
        3.3.2 PEDOT:PSS薄膜的电化学性质测试
        3.3.3 PEDOT:PSS薄膜的表征及光学性质测试
    3.4 本章小结
第4章 基于PEDOT:PSS的柔性可调谐超构透镜的理论设计和实验研究
    4.1 引言
    4.2 可调谐超构透镜发展现状
        4.2.1 机械可重构超构透镜
        4.2.2 基于智能材料的可调谐超构透镜
    4.3 基于PEDOT:PSS薄膜的柔性可调谐超构透镜的理论设计
    4.4 基于PEDOT:PSS薄膜的柔性可调谐超构透镜的实验制备
    4.5 基于PEDOT:PSS薄膜的柔性可调谐超构透镜的性能检测
    4.6 本章小结
第5章 基于PEDOT:PSS的柔性可调谐显示器件的理论设计和实验研究
    5.1 引言(结构色超表面简介)
    5.2 可调谐显示器件发展现状
    5.3 基于PEDOT:PSS薄膜的柔性可调谐显示器件的理论设计
    5.4 基于PEDOT:PSS薄膜的柔性可调谐显示器件的实验制备
    5.5 基于PEDOT:PSS薄膜的柔性可调谐显示器件的性能检测
        5.5.1 全彩显示性能测试
        5.5.2 柔性彩色显示性能测试
        5.5.3 柔性彩色显示器件电学性能测试
        5.5.4 实时动态动画显示器件的制备与性能测试
    5.6 本章小结
第6章 基于柔性基底的全介质分束器和可调谐分束器的设计与仿真
    6.1 引言
    6.2 反射式全介质分束器的设计和数值仿真
    6.3 透射式全介质分束器的设计和数值仿真
    6.4 透射式可调谐分束器的设计和数值仿真
    6.5 本章小结
第7章 总结与展望
    7.1 总结
    7.2 展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果

(3)平面光波导系统光学特性研究(论文提纲范文)

致谢
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 课题背景
    1.2 近眼显示技术国内外发展与研究现状
    1.3 课题研究的目的和意义
    1.4 论文工作内容和章节安排
第二章 衍射光波导技术及光栅制备技术介绍
    2.1 衍射光波导系统成像原理
    2.2 衍射光学元件理论介绍
        2.2.1 光栅的衍射原理
        2.2.2 衍射微光学基本理论
    2.3 衍射光波导显示性能参数
    2.4 光栅制备技术
        2.4.1 制备光栅的主要方法
        2.4.2 关于无掩膜光刻直写设备的介绍
    2.5 本章小结
第三章 光波导系统中衍射光栅的设计
    3.1 标量衍射理论计算公式
    3.2 浮雕光栅中各参数之间的关系
    3.3 基于标量理论的浮雕光栅面型设计
    3.4 严格耦合波理论对浮雕光栅参数的优化
    3.5 本章小结
第四章 基于衍射光栅的平面波导系统分析
    4.1 基于衍射光栅的光波导系统分析
        4.1.1 衍射光波导系统的建模
        4.1.2 光束倾斜角入射光波导显示性能及波导结构设计
        4.1.3 楔形光波导系统光能利用率分析
        4.1.4 楔形光波导系统角度均匀性分析
    4.2 楔形光波导结构优化与显示性能优化
        4.2.1 楔形光波导系统出瞳扩展分析
        4.2.2 波导系统的显示区域与出瞳距离
    4.3 本章小结
第五章 衍射光栅的制备和测试
    5.1 浮雕光栅的制备
        5.1.1 光刻胶的选择
        5.1.2 光刻参数优化
    5.2 光栅测试与误差分析
        5.2.1 测试系统的搭建
        5.2.2 测试结果与误差分析
    5.3 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 文章总结
    6.2 前景展望
参考文献
攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况

(4)小型激光直写系统的设计与实现(论文提纲范文)

摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 光刻技术研究背景
    1.2 激光直写技术的发展历程
    1.3 本文的主要工作及研究意义
    1.4 本论文结构安排
第二章 激光直写基本原理
    2.1 运动控制原理
    2.2 空间中激光传播原理
    2.3 自动聚焦原理
    2.4 本章小结
第三章 激光直写系统的设计与实现
    3.1 基于显微镜系统的硬件设计
        3.1.1 光束质量对光刻的影响
        3.1.2 像散法自动聚焦评测
    3.2 基于笼式系统的小型激光直写系统
        3.2.1 小型激光直写系统的光路部分
        3.2.2 小型激光直写系统的控制部分
    3.3 基于LabVIEW的软件设计
        3.3.1 FPGA运行程序
        3.3.2 计算机运行程序
    3.4 本章小结
第四章 激光直写系统的调试与刻写实现
    4.1 自动聚焦联动测试
    4.2 聚焦位置及激光能量的确认
    4.3 本章小结
第五章 光刻工艺优化与微器件制作
    5.1 光刻胶的选择与甩胶工艺优化
    5.2 光刻流程与优化
    5.3 金属剥离工艺
        5.3.1 单层正胶剥离工艺研究
        5.3.2 双层胶剥离工艺研究
    5.4 微器件的制作
    5.5 本章小结
第六章 总结
    6.1 全文内容总结
    6.2 展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果

(5)吸收度调制激光直写关键技术研究(论文提纲范文)

致谢
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 光学超分辨技术介绍
    1.2 光学超分辨光刻技术研究现状
    1.3 吸收度调制激光直写技术
        1.3.1 激光直写技术介绍
        1.3.2 吸收度调制激光直写研究现状
    1.4 研究目标与内容
        1.4.1 课题研究目标与内容
        1.4.2 本文章节安排
2 吸收度调制激光直写的理论研究
    2.1 涡旋光
        2.1.1 涡旋光及其基本特性
        2.1.2 涡旋光的产生方式
    2.2 光致变色层的吸收度调制
        2.2.1 基于光致变色效应的吸收度调制原理
        2.2.2 光致变色层的吸收度调制模型
    2.3 光刻胶层的曝光
    2.4 影响吸收度调制激光直写性能的因素分析
    2.5 本章小结
3 复合胶层理论和工艺研究
    3.1 光致变色层理论研究
        3.1.1 光致变色材料及其种类
        3.1.2 光致变色材料的成膜
    3.2 光刻胶层理论研究
        3.2.1 光刻胶及其技术参数
        3.2.2 正负光刻胶的区别
    3.3 复合胶层材料的选择
        3.3.1 复合胶层的“困境”
        3.3.2 本课题复合胶层材料的选择
    3.4 本课题吸收度调制激光直写的工艺流程
    3.5 本课题复合胶层的工艺研究
        3.5.1 光致变色层和光刻胶层兼容性研究
        3.5.2 光刻胶层性能测试
        3.5.3 光致变色层性能测试
    3.6 本章小结
4 涡旋光对焦的吸收度调制激光直写系统的构建
    4.1 系统软硬件模块
        4.1.1 光源和合束模块
        4.1.2 复合胶层模块
        4.1.3 运动平台模块
        4.1.4 系统控制软件
    4.2 直写系统的校准
        4.2.1 准直合束
        4.2.2 系统调平
        4.2.3 系统调焦
    4.3 涡旋光剪切干涉对焦方案
        4.3.1 现有对焦技术分析
        4.3.2 涡旋光干涉特性
        4.3.3 涡旋光剪切干涉对焦方案原理
        4.3.4 涡旋光剪切干涉对焦的初步实现
    4.4 本章小结
5 总结和展望
    5.1 本文总结
    5.2 未来展望
参考文献
作者简介及硕士期间主要研究成果

(6)激光直写三维微结构加工工艺的研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 本论文的主要工作
2 激光直写系统的原理
    2.1 光刻胶曝光原理及机制
    2.2 双光子聚合原理与影响因素
    2.3 高斯光束的性质
    2.4 本章小结
3 激光直写系统加工工艺的研究
    3.1 三维激光直写系统的结构
    3.2 系统光路调节的工艺要求
    3.3 SU8光刻胶的特性及使用工艺
    3.4 微纳结构坐标的工艺要求
    3.5 系统加工分辨率的研究
    3.6 微纳结构加工常见问题分析讨论
    3.7 本章小结
4 三维微纳结构的制备
    4.1 六层木材堆结构
    4.2 螺旋与小球结构
    4.3 本章小结
5 总结与展望
    5.1 全文总结
    5.2 展望
致谢
参考文献

(7)基于计算机控制的激光直写系统的设计及应用(论文提纲范文)

1 系统装置的建立
2 系统控制软件
3 系统的应用
4 结束语

(8)连续激光三维微结构直写系统的设计与研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 本文的主要工作
2 激光直写系统的原理
    2.1 双光子聚合原理
    2.2 影响双光子吸收率的因素
    2.3 双光子聚合反应的范围
    2.4 高斯光束的性质
    2.5 激光光束光斑中心测量方法
    2.6 本章小结
3 基于473 nm连续激光器的三维激光直写系统的搭建
    3.1 系统结构
    3.2 光路设计
    3.3 激光功率的快速控制
    3.4 分界面定位和坐标转换
    3.5 基于Matlab的激光直写系统加工坐标文件生成及轨迹优化
    3.6 本章小结
4 实验结果与分析
    4.1 系统光路调整验证
    4.2 激光功率与控制电压建模
    4.3 分界面查找和坐标转换验证
    4.4 工艺参数分析及优化实验
    4.5 本章小结
5 微纳结构的制作
    5.1 正方形方孔的制作
    5.2 阿基米德螺旋线的加工
    5.3 直线天线阵列的加工
    5.4 三维木堆结构的加工
    5.5 本章小结
6 总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 展望
致谢
参考文献
附录1 攻读硕士学位期间发表论文目录

(9)柔性金属微纳结构转印机理及方法研究(论文提纲范文)

中文摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 纳米压印
        1.1.1 热压印
        1.1.2 紫外压印
        1.1.3 软压印
    1.2 压印模板制备
        1.2.1 激光干涉光刻
        1.2.2 电子束光刻
        1.2.3 离子束光刻
        1.2.4 掩模曝光制备压印模版
        1.2.5 激光直写光刻
    1.3 金属蒸镀
        1.3.1 磁控溅射镀膜
        1.3.2 电子束蒸发镀膜
    1.4 微纳转印
        1.4.1 基本原理
        1.4.2 抗粘性处理
        1.4.3 增粘性处理
    1.5 国内外研究现状
    1.6 本文的选题依据及研究内容
第二章 基于巯基表面修饰的金属纳米转印
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 实验仪器、试剂和材料
        2.2.2 压印模板制备
        2.2.3 纳米压印制备柔性转印模板
        2.2.4 金属层蒸镀
        2.2.5 金属银微米点阵转印
        2.2.6 实验结果及分析
    2.3 转印影响因素分析探究
        2.3.1 转印参数对转印结果的影响
        2.3.2 表面结构参数对转印结果的影响
        2.3.3 金属选材对转印结果影响
    2.4 本章小结
第三章 基于厌氧紫外胶的增嵌式转印方案
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 实验仪器、试剂和材料
        3.2.2 压印模板的制备
        3.2.3 纳米压印制备柔性转印模板
        3.2.4 金属层蒸镀
    3.3 低温加热辅助转印银网格结构
    3.4 低温加热辅助转印银线栅结构
    3.5 柔性金属微米点阵转印
    3.6 本章小结
第四章 基于厌氧紫外胶的夺取式转印方案
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 实验仪器、试剂和材料
        4.2.2 低温加热辅助转印银网格结构
        4.2.3 低温加热辅助转印银线栅结构
        4.2.4 低温加热辅助转印铜线栅结构
        4.2.5 金属银微米点阵转印
    4.3 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文
致谢

(10)微角锥阵列衍射成像性质及其制作的研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 微光学器件概述
    1.2 激光直写技术综述
        1.2.1 激光直写技术发展概述
        1.2.2 海德堡激光直写系统性能
    1.3 微角锥阵列在三维显示中的应用
    1.4 论文的主要工作
第二章 微角锥阵列衍射成像的理论分析
    2.1 角锥单元的回射特性
    2.2 微角锥屏的衍射分析
    2.3 角锥阵列屏回射成像数值模拟
    2.4 本章小结
第三章 基于激光直写的微角锥阵列的制作
    3.1 光刻胶特性测试
        3.1.1 涂胶
        3.1.2 曝光响应测试
    3.2 小单元微角锥阵列的制作
        3.2.1 角锥阵列图的设计
        3.2.2 激光直写制图
    3.3 大幅面微角锥阵列的制作
        3.3.1 微角锥阵列的电铸
        3.3.2 微角锥阵列的复制
    3.4 本章小结
第四章 总结与展望
    4.1 总结
    4.2 展望
参考文献
攻读硕士期间发表的学位论文
致谢

四、激光直写技术的研究现状及其进展(论文参考文献)

  • [1]GaAs基太阳能电池超薄窗口层表面织构设计制备及光电性能研究[D]. 李志宝. 江苏大学, 2020
  • [2]基于柔性基底的超材料结构与光电特性调控研究[D]. 林雨. 中国科学技术大学, 2020(01)
  • [3]平面光波导系统光学特性研究[D]. 丁闪闪. 合肥工业大学, 2020(02)
  • [4]小型激光直写系统的设计与实现[D]. 李智斌. 电子科技大学, 2018(08)
  • [5]吸收度调制激光直写关键技术研究[D]. 詹世超. 浙江大学, 2018(04)
  • [6]激光直写三维微结构加工工艺的研究[D]. 薛靖宇. 华中科技大学, 2017(04)
  • [7]基于计算机控制的激光直写系统的设计及应用[J]. 宓斌华,李静. 工业控制计算机, 2016(05)
  • [8]连续激光三维微结构直写系统的设计与研究[D]. 曹虎. 华中科技大学, 2016(11)
  • [9]柔性金属微纳结构转印机理及方法研究[D]. 姜英杰. 苏州大学, 2016(01)
  • [10]微角锥阵列衍射成像性质及其制作的研究[D]. 王晓龙. 浙江师范大学, 2016(02)

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激光直写技术的研究现状与进展
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