硬脆材料光学器件的激光精密制备技术研究

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1、分类号：TN249单位代码：10183研究生学号：2015512022密级：公开研硬脆材料光学器件的吉林大学激光精硕士学位论文密制备（学术学位）技术研硬脆材料光学器件的激光精密制备技术研究究Researchonlaserprecisionpreparationtechnologyofhardbrittlematerialopticaldevices魏伟华作者姓名：魏伟华专业：电路与系统吉研究方向：飞秒激光微纳加工林大指导教师：于永森副教授学培养单位：电子科学与工程学院2018年5月硬脆材料光学器件的激光精密制备技术研究Researchonlaserprec

2、isionpreparationtechnologyofhardbrittlematerialopticaldevices作者姓名：魏伟华专业名称：电路与系统指导教师：于永森副教授学位类别：工学硕士答辩日期：2018年5月25日未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研

3、究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，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。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：日期：年月日《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿声明研究生院：本人同意《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》出版章程的内容，愿意将本人的学位论文委托研究生院向中国学术期刊（光盘版）电子杂志社的《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿，希望《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》给予出版，并同意在《中国博硕士学位论文评价数据库》和CN

4、KI系列数据库中使用，同意按章程规定享受相关权益。论文级别：█硕士□博士学科专业：电路与系统论文题目：硬脆材料光学器件的激光精密制备技术研究作者签名：指导教师签名：年月日作者联系地址（邮编）：吉林省长春市前进大街2699号吉林大学唐敖庆楼D区作者联系电话：13944841848I摘要硬脆材料光学器件的激光精密制备技术研究近些年，伴随着科技的发展，生活中各种小型化、集成化的器件越来越成为人们的优中之选，尤其在电子元器件方面，各种微小型器件更是被广泛地应用到光电器件、微光学、微电子学、微机电系统、生物传感等领域。目前，利用飞秒激光加工技术来制备微光学器件，倍受

5、国内和国际上专家学者瞩目，主要是由于飞秒激光加工技术具有高精度、可对任意透明材料加工、可以做到三维结构加工等特点。本文利用飞秒激光加工技术，同时结合不同刻蚀方法，加工制备出了微米量级的微透镜阵列和具有减反射效果的蓝宝石光学窗口材料。众所周知，飞秒激光在加工硬脆材料时，常常会表现出的加工效率低、表面粗糙度大等缺点，本论文使用离子束刻蚀技术，来辅助飞秒激光加工的方法，实现真三维加工。实验中使用800nm波长、频率为500Hz的飞秒激光放大器对石英材料进行加工，再通过离子束刻蚀技术对材料进行刻蚀，得到了外观形状完整，同时材料表面平整的7×7和蜂窝状两种微透镜阵列

6、。通过测试得到，实验中所制备的微凹透镜，其深度为1.35μm左右，直径约为20μm，之后对材料性能进行了成像和聚焦测试，从成像和聚焦的测试中可以看出，微凹透镜阵列成像清晰、聚焦效果良好，同时在其他硬脆材料碳化硅、金刚石上加工的微凹透镜整列，也表现出了良好的测试结果。面对军事、工业、航天等领域对作业的光学窗口材料透过率，有着比较苛刻要求的基础上，本论文利用湿法腐蚀结合飞秒激光的加工方法，制备了蓝宝石光学窗口材料。实验中，在蓝宝石材料上镀一层石英膜，这样是为了保证飞秒激光在蓝宝石内部加工的同时不损坏其表面结构，之后经过丙酮溶液擦拭放入乙醇溶液中超声30分钟，再

7、将其放入蒸馏水中超声30分钟，使用硫酸与磷酸混合液在230摄氏度的条件下，针对激光加工过的蓝宝石材料腐蚀处理6分钟，最终得到我们想要的蓝宝石窗口材料。实验中镀膜蓝宝石的厚度为432μm（其中石英膜厚度为2μm），制成大小为1.5mm×1.5mm的薄片，将加工好的材料通过反应离子束刻蚀的方法，使微结构表面变得平滑，整体结构比较完整。对其进行了红外透过测试，实验测得的具有双面减反射阵列结构的蓝宝石基片的中红外区透过率达到98%，具有单面减反射阵列结构的蓝宝石基片的中红外区透过率达到92%。综上所述，本文以刻蚀技术辅助飞秒激光为手段，在硬脆材料中实现了三维II结

8、构的加工，同时提高了加工效率，也初步解决了飞秒激光加工表面粗糙度大