基于紫外纳秒激光脉冲的薄膜微结构加工技术研究

《基于紫外纳秒激光脉冲的薄膜微结构加工技术研究》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、基于紫外纳秒激光脉冲的薄膜微结构加工技术研究StudyonFabricatingTechnologyforFilmMicrostructurebasedonUltravioletNanosecondLaserPulse学科专业：仪器科学与技术作者姓名：李纪楷指导教师：傅星教授天津大学精密仪器与光电子工程学院二零一七年十二月摘要近年来，薄膜结构因其具有较小的特征尺寸和在光、电、磁、热和力学等方面表现出的独特性质而受到了广泛的关注，也在传感器、致动器、谐振器等众多关键基础零部件的设计中获得越来越多的应用。同时，不同场合的薄膜结构的应用也对薄膜微结构的加工技术提出了更高的需求。本文针对紫外纳

2、秒脉冲激光在薄膜结构加工中的相关技术进行了研究。论文完成的主要工作有：（1）对激光与被加工材料之间的相互作用机理进行了分析，研究了材料对激光的反射与吸收的过程，使用双温模型分析了激光脉冲在材料内部的热传导过程，依据激光能量的高斯分布模型定量分析了激光脉冲能量与加工点直径的关系，研究了适用于薄膜结构的激光脉冲加工技术。（2）优化设计了紫外纳秒激光加工系统。其中，运动控制系统采用PMAC运动控制板卡为核心实现，PMAC通过数字扩展卡发送信号到电机驱动器，进而控制三维位移台的移动；优化了光路机械结构，包括激光的传导、准直和聚焦。同时，编写了基于MFC框架的上位机软件，并使用多线程进行了优化。

3、（3）针对薄膜结构Z向加工精度要求高的特点，研究了适用于紫外纳秒激光焦斑的位置定位算法和自动聚焦算法。位置定位算法通过识别亮点区域，结合灰度重心法，实现了1个像素的定位精度。自动聚焦算法采用基于物距和灰度比的成像模型和Sobel梯度算子实现了1个微米的聚焦精度。（4）利用优化的激光加工系统进行了薄膜结构的加工实验研究。实验样品为硅基底的铜膜和钛金合金基底的碲镉汞薄膜。实验研究了脉冲重复频率、激光能量和加工速度对加工效果的影响，加工了满足需求的光栅结构和方形槽结构，还研究了激光加工中的火柴头效应及修正方法。关键词：薄膜结构，紫外纳秒激光，位置定位，自动聚焦，铜膜；碲镉汞IIABSTRAC

4、TInrecentyears,thefilmstructurehasreceivedextensiveattentionbecauseitssmallfeaturesizeanduniquepropertiesintheaspectsoflight,electricity,magnetic,thermalandmechanical,whichhasmoreapplicationsinthedesignofthekeycomponentsuchasthesensors,actuators,andresonators.Atthesametime,theapplicationofthefil

5、mstructurealsoproposeshigherdemandforthelaserfabricatingtechnologywhichappliesforthefilmstructure.Therefore,thepaperstudiesonthetechnologyoftheultravioletnanosecondlaserpulseonthefilmstructure.Theworkcompletedinthepaperisasfollows:(1)Analyzetheinteractionmechanismbetweenthelaserandmaterial.Resea

6、rchtheprocessofthelaserreflectionandabsorptiononthematerial.Usethedualtemperaturemodeltodescribetheprocessoftheheatconductionofthepulsedlaserinsidethematerial.Deducetherelationshipbetweenthepulsedlaserpowerandthespotdiameter.Researchthepulsedlaserfabricatingtechnologywhichappliestothefilmstructu

7、re.(2)Optimizetheultravioletpulsednanosecondlaserfabricatingsystem.ThemotioncontrolsystemisbasedonthemotioncontrolcardcalledPMAC.PMACsendsthesignaltothemotordriverbythedigitalextensivecardforthemovementofthethreedimensionals