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System Configuration

飛秒激光多光束干涉微納加工系統(tǒng)

實驗系統(tǒng)配置

激光源 飛秒激光器 800nm,150fs,1kHz
偏振和能量控制 光闌,半波片,格蘭棱鏡
空間整形系統(tǒng) 反射式空間光調(diào)制器SLM
4f系統(tǒng) 透鏡1,透鏡2
聚焦系統(tǒng) 物鏡,二向色鏡
樣品平臺 三維精密位移控制平臺,電腦
監(jiān)測光路元件 濾波片,透鏡3
實時監(jiān)測系統(tǒng) CCD

系統(tǒng)原理

沿水平方向偏振的線偏振激光以一定角度入射到空間光調(diào)制器上,通過給空間光調(diào)制器附加合適的相位圖,可以對飛秒激光的空間相位進行調(diào)制,從而實現(xiàn)多光束干涉,形成的干涉圖樣可以用CCD相機觀察。考慮到所用的空間光調(diào)制器是反射式工作的,且空間點陣結(jié)構(gòu)距離調(diào)制器面板比較近,采用一個4f系統(tǒng)將空間點陣引出,再通過顯微物鏡將點陣聚焦到樣品表面。雙面拋光的單晶硅樣品被放置在能夠沿著平行或垂直于激光傳播軸的方向移動的三維精密位移控制平臺。激光脈沖在樣品上的曝光時間由電快門控制,脈沖能量可通過半波片和格蘭棱鏡調(diào)節(jié)。

研究現(xiàn)狀

材料表面的周期性微納結(jié)構(gòu),能夠有效地改善材料光學、電學、結(jié)構(gòu)力學等物理特性,由于其小尺度和形貌特征,在微納光學、微納電子學、微納生物學等領(lǐng)域有很多特殊性質(zhì),得到了廣泛應用。激光干涉光刻具有工藝簡單、成本低廉、無需掩模板、效率高、加工面積大等優(yōu)點,目前已廣泛地應用于二維及三維納米周期結(jié)構(gòu)的制備。利用雙光束干涉形成的周期性條紋結(jié)構(gòu)可以在多種材料中實現(xiàn)光柵的制備;多光束干涉可以形成均勻分布的二維或三維光學點陣,這在光子晶體的制作領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應用。例如,賈鑫研究組利用飛秒激光三光束干涉技術(shù),在ZnO晶體表面制備了3種不同類型的微納復合周期結(jié)構(gòu);程光華研究組利用空間光調(diào)制器實現(xiàn)飛秒激光多光束干涉得到均勻分布的硅表面微結(jié)構(gòu)。

潛在應用

(1)在半導體技術(shù)、激光技術(shù)、微納加工技術(shù)、材料科學、光學、化學和計算機科學等領(lǐng)域有重要意義;

(2)可以廣泛應用在光子晶體、高密度光存儲、生物傳感及新型半導體器件加工等方面;

(3)干涉光刻的方法最大的潛力是高效率、大范圍的制備周期結(jié)構(gòu),若與傳統(tǒng)的光刻方法進行結(jié)合,有非常大的應用前景;

(4)利用空間光調(diào)制器形成飛秒激光多光束干涉,通過調(diào)制激光光場分布來實現(xiàn)對微結(jié)構(gòu)分布特征的控制,為高靈敏度的硅基紅外探測器的制作提供了一種新方法。

應用案例
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