微尺度光栅的激光制备方法研究及应用

《微尺度光栅的激光制备方法研究及应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、分类号O348.1密级公开UDC531编号10299S1323010微尺度光栅的激光制备方法研究及应用StudyofMicro-scaleGratingsFabricationMethodUsingLaseranditsApplications指导教师朱建国副教授作者姓名黄炎龙申请学位级别硕士专业名称固体力学论文提交日期2016年4月论文答辩日期2016年6月学位授予单位和日期江苏大学2016年6月20日答辩委员会主席评阅人2015年6月独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导

2、下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容以外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果，也不包含为获得江苏大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：年月日学位论文版权使用授权书江苏大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊（光盘版）电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。

3、本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致，允许论文被查阅和借阅，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文编入《中国学位论文全文数据库》并向社会提供查询，授权中国学术期刊（光盘版）电子杂志社将本论文编入《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》并向社会提供查询。论文的公布（包括刊登）授权江苏大学研究生处办理。本学位论文属于不保密□。学位论文作者签名：指导教师签名：年月日年月日江苏大学硕士学位论文摘要随着微机电系统的发展应用，微观力学的研究日益成为热点。光测力学测量方法具有非接触、全场性、高精度等优点，被广泛

4、应用到不同领域的材料和结构的变形测量中。光栅作为变形测量中重要的传感元件，它的制备一直备受关注。因此，如何准确定位到测量区域并快捷地制备光栅成为了重要的问题。不同的制栅方法有不同的优点和局限性。激光具有非常高的瞬时功率，热影响区小，具有很高的微加工质量和精度。同其他制作光栅方法相比，激光刻蚀省去了制作模板与显影等工序，可以直接刻蚀，制作面积可调节，且定位准确。本论文分别采用纳秒激光和飞秒激光，系统的研究了微尺度光栅制备方法。主要研究内容如下：(1)研究了基于光栅的几何相位法(GPA)和扫描电子显微

5、镜(SEM)云纹法，用于不同频率与面积的光栅结构表征。推导并模拟验证了基于相位的二维傅立叶变换的光栅频率表征方法。建立了SEM云纹法中放大倍数和参考栅频率的关系。(2)研究了纳秒激光制作微尺度光栅方法。从基本的刻蚀线段入手，对比分析了不同材料的加工情况，得出不同材料的能量密度阈值。提出了先镀膜再进行刻蚀光栅的加工工艺，解决了激光对材料的选择性问题。通过光栅的高斯能量与距离的关系，进一步分析了纳秒激光制作光栅的过程。在铝膜上制作出了频率为10线/mm的水平和正交光栅，光栅结构规则，节距稳定，可用于光

6、学测量。(3)研究了飞秒激光制作微尺度光栅方法。采用飞秒激光刻蚀系统，在石英玻璃试件表面刻蚀光栅。研究了飞秒激光刻蚀点和线段的基础参数，分别刻蚀出直径为1m的点和线段。分析了光栅加工机理，制作了频率为500线/mm的平行光栅。光栅频率表征分析表明，制作光栅的节距的最大误差为0.95%。飞秒激光制作的微尺度光栅可用于SEM云纹作表面结构表征及变形测量。(4)采用纳秒激光在镀膜试件上制作了微尺度光栅，并成功地进行了水平拉伸实验和V形裂纹拉伸实验。实验表明，采用纳秒激光可以将光栅方便地制作在试件表面微

7、区上，结合光学测量方法可以实现微尺度的变形测量。关键词：光栅制备；激光刻蚀；几何相位法；SEM云纹法；变形测量I微尺度光栅的激光制备方法研究及应用AbstractWiththedevelopmentandapplicationofmicro-electronicmechanicalsystem,micromechanicshavedrawngreatattentionfromrelatedresearchers.Opticalmeasurementmethodsarewidelyusedindif

8、ferentfields’materialorstructuraldeformationmeasurementsduetotheadvantageslikenon-contact,fullfieldandhighprecision,etc.Gratingasanimportantdeformationmeasurementsensingelement,itsfabricationhasbeengreatconcern.Therefore,itistheimportantproble