248 nm准分子激光直接刻蚀钠钙玻璃微通道来制作生物芯片具有较大优势和潜力, 但目前存在易发生碎裂、微通道底面处粗糙度高等问题。采用248 nm准分子激光束以静态刻蚀及扫描直写刻蚀两种方式刻蚀钠钙玻璃来对低裂损工艺进行研究。首先通过实验研究了激光加工玻璃的工艺参数与玻璃微通道的刻蚀质量之间的关系, 然后分析了248 nm准分子激光刻蚀钠钙玻璃的裂损刻蚀机理, 最后通过变换工艺参数来设计新的加工工艺流程以改善加工质量。实验结果表明, 随着刻蚀处激光能量密度的增加, 玻璃微通道的边缘裂损程度增大, 并且刻蚀表面粗糙度增大, 刻蚀质量下降; 另外发现激光刻蚀后的粗糙表面可以增加玻璃材料对入射激光能量的吸收率, 从而降低了激光刻蚀玻璃材料的阈值, 较低的激光能量密度可降低刻蚀面的粗糙度。最后工艺流程改进实验, 所加工的微通道质量得到改善, 玻璃微通道边缘裂损尺寸小于5 μm, 底面粗糙度Ra值可降低至1.5 μm, 研究结果将对激光加工玻璃微结构的质量改善提供一定的参考。

利用248 nm纳秒准分子激光, 采用掩模投影和石英玻璃前表面直写刻蚀的方法, 研究了激光脉冲能量密度、重复频率、扫描次数对微通道裂损的影响规律, 分析了石英玻璃激光刻蚀及裂损的机理。结果表明, 248 nm纳秒准分子激光刻蚀石英玻璃的机理为光致电离及热烧蚀的共同作用; 无裂损刻蚀JGS1型石英玻璃的激光能量密度阈值范围为16~30 J·cm-2, 刻蚀率可达每脉冲500 nm; 随着激光重复频率及扫描次数的增加, 微通道容易因热积累及等离子体微爆炸冲击作用而裂损。基于优化的激光加工参数, 当微通道宽度小于100 μm时, 可以实现无裂损的直线型(深度小于或等于50 μm)及圆弧型(深度小于或等于28.5 μm)微通道的加工。

对约400 μm厚的低温共烧陶瓷流延片进行准分子激光微孔加工工艺实验研究。由于低温共烧陶瓷流延片黏结性强并且微孔结构较小, 提出了采用X光显微成像测试的方法对微孔内部结构轮廓的检测, 对激光微孔加工的孔腔结构形成进行了分析研究。研究结果表明, 在一定范围内, 随着激光打孔脉冲个数的增加及激光能量密度的增大, 所获得的微孔的锥度减小; 较高能量密度的激光束可以提高对低温共烧陶瓷流延片的激光打孔效率, 但过高能量密度的激光束刻蚀材料时对微孔周围的基材产生较强的冲击, 易导致微孔结构的破坏, 对孔型质量造成严重影响。研究采用的X光显微成像测试技术能够快速获得完整的微孔内腔的轮廓图, 对提高激光打孔效率和改善孔型结构质量提供一定的参考意义。

提出了一种基于激光三角法光线折射补偿对透明平板厚度测量的方法，设计了基于单激光位移传感器的透明平板厚度测量装置，并应用于准分子激光投影光刻加工透明材料时的像面校准。首先构建了激光三角法测量情形下偏折光线和透明平板位置之间的关系，分析了散射光斑因折射发生的位置偏移量与平板厚度之间的关系，以及透明平板与散射基面的间距和散射基面位置的变化对测量结果产生的影响。然后设计了基于单激光位移传感器的透明平板厚度测量装置，实验验证了散射光斑偏移量和平板厚度之间的对应关系，测得了聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)厚度测量的补偿系数为0.441。综合理论分析和实验验证，结果表明散射光斑偏移量与透明平板的厚度呈线性变化关系，透明平板与散射基面间距的大小对测量结果无影响，散射基面偏移量与传感器探头示数变化量相等。PMMA 平板厚度测量的平均绝对误差小于0.01 mm，平均相对误差为0.6%，能够满足准分子激光(KrF，248 nm)加工PMMA 基生物芯片的精度要求。

为了保证夜间及恶劣环境行车安全, 提高驾驶员对前方目标识别的准确度, 提出一种基于近红外成像技术的汽车夜视系统, 该系统采用主动式近红外探测技术的车载夜视仪。系统主要由前端红外发射单元、红外线成像单元和图像显示单元组成。现场试验夜视系统识别漏检率为1.3%。实验结果表明传统车灯所辐射的大部分红外成分对夜间照明是无用的, 可见光能效较低, 而基于红外图像处理的汽车夜视系统能够有效地保证汽车安全驾驶。

介绍了四象限探测器的工作原理及影响四象限探测系统精度的各种内外部因素，详细分析了四象限探测器死区对探测范围内探测灵敏度的影响。在探测范围内，对各个象限内高斯光斑接收的光功率进行计算，并用Matlab软件对归一化的目标光斑偏移量x随光斑中心坐标X的变化关系进行仿真，设计四象限探测系统的光路和电路，当死区宽度D=0.1 mm时，调整光斑半径R大小分别为0.6 mm和0.4 mm下进行测量。理论及实验结果表明，死区宽度相对光斑半径的比例越大，光斑偏移量随光斑中心的变化趋势越陡峭，探测器的灵敏度越高。