基于激光扫描系统光栅光阀的研究

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1、摘要光栅光阀是一种基于微光机电系统的器件，具有调制精度高、运行速度快、能经受较高光强等优点，很适合作为激光扫描系统控制器件。目前国外已经成功将该技术应用在照排机和直接制版机上，并占领了该类产品的高端市场，但是国内的发展仍然处于初始阶段，目前还没有实际产品出现。本论文在国内首次提出了将光栅光阀应用于激光扫描系统的构想，开创性地的设计了光栅光阀结构，研究了光栅光阀的制造工艺，并通过微加工制造工艺得到了光栅光阀样品，填补了国内该领域的空白，对于提升国内企业在该领域高端产品的竞争力具有重要意义。此外论文还提出了一种

2、用于多路激光扫描系统的微光纤密排技术，该技术不但解决了多路扫描系统中普通光纤密排导致光点分离的问题，而且有效增大了焦深，减小了曝光时对胶片位置的要求，在激光扫描系统中具有很高的实用价值。本论文的具体研究包括以下内容：1．介绍了光栅光阎器件的工作原理以及不同发展阶段的不同结构特征，分析了光栅光阀工作效率的影响因素，并提出了自主设计的光栅光阎器件。与国外现有的光栅光阀器件不同，该光栅光阀结构中可动光栅和固定光栅初始状态下不在同一水平面上，采用不同的材料分步制作完成，因此该光栅光阎器件不仅具有更简单的制作工艺，更

3、低的加工难度，还有效地减小了工作区域黑区的范围，提高了衍射效率，是一种结构新颖的光栅光阀器件，具有响应时间短、动态范围大、驱动电压低等优点。2．研究了光栅光阀器件的加工制造技术，包括光刻和刻蚀等，并解决了光栅光阀器件制作工艺中的关键问题。本研究涉及的光栅光阀器件工作区域的光栅线条尺寸仅有几个微米，因此对器件的加工制作工艺有很高的要求。光刻选用AZ4620正光刻胶，通过大量实验数据分析得到了合理的光刻工艺参数，保证了很高的光刻胶表面平整性和光刻胶与基片之间很强的附着性。采用反应离子束刻蚀方法作为干法刻蚀方法，

4、并得到了化学腐蚀中腐蚀液的合理配比方案。此外还分析了光栅光阀器件制作过程中导致器件失效的黏附现象，根据现有的实验条件给出了利用丙酮或者乙醇溶液浸泡的方法达到减小表面张力的目的来解决黏附现象。3．基于上述的微加工工艺研究，完成了光栅光阀器件的样品制作，通过现有的实验设备进行衍射性能和动态性能测试，衍射性能测试得到的数据与理论分析结果相吻合，但是数值上存在偏差。测试得到的零级衍射光强范围从理论值的28％到80％，一级衍射光强范围从32％到78％，并且达到光强最大值和最小值的电压均小于理论的电压值。分析实验误差产

5、生的原因是光栅光阀器件实际制作过程中结构尺寸与设计尺寸之间的偏差。动态性能测试得到光栅光阈器件的响应时问值，其上升响应时间为6201as，下降响应时间为5009s，均在毫秒量级之内，与理论分析所得相符。III4．研究了一种用在激光扫描系统中的微光纤密排技术．通过高温拉制的方法得到包层直径为5．10I．tm的微光纤，该微光纤拥有标准光纤不具备的一些优良传输特性，如低光学损耗、强光场约束、大波导色散、抗拉强度高和易于弯曲等。标准光纤进行排列时，由于其构造决定了即使采用无缝密排的方法也会导致输出光点的分离，出现扫

6、描黑区，而且有成像胶片焦深过短不易对准的缺点；采用微光纤进行密排，可以解决输出光点分离的问题，并且增大焦深距离，减小曝光时对胶片位置的要求，给实际对准操作带来方便。通过实验研究，制作出带有V型槽的硅基底，并对拉制成的微光纤进行密排操作，得到输出光点。该输出光点效果与标准光纤密排相比有很大的改善，但与微光纤密排的理想状态还有一定的差距，其光纤拉制工艺和V型槽制作工艺是减小误差的主要研究方向。最后对本论文的工作进行了总结，指出了存在的不足和今后的研究前景。关键词：微光机电系统，激光扫描系统，光栅光阀，微加工工艺

7、，微光纤密排IVAbstractGratinglightvalve(GLV)isakindofdevicebasedonMOEMS，whichissuitableinlaserscanningsystemforitshighmodulationaccuracy,highresponsespeedandhighlightintensityendurance．Nowadaysabroad，GLVhasbeenwidelyusedinlaserphototypesetterandCTPsystem，butinCh

8、inaitisstillatthebeginningstageandnoproductsavailable．Inthisdissertation，aconceptionisfirstlyproposedinChinathatGLVcanbeappliedinlaserscanningsystemasamodulator．Theinauguratedstructureisdesigned，theprocessing