通过设计基于金刚石微槽结构的复合热沉,利用不同材料的热导率差异改变热流传导方向,以优化垂直腔面发射半导体激光器（VCSEL）面阵由于温度分布不均匀导致的中心热量堆积的问题,从而改善激光器面阵整体的输出功率,提高可靠性。基于有限元分析法建立三维热电耦合模型,研究了VCSEL面阵单元排布方式对激光器热串扰效应的影响,同时还研究分析了金刚石复合热沉中微槽形状和位置的变化对半导体激光器内部温度的影响,设计最优结构对激光器的出光性能做进一步优化。采用金刚石复合热沉后的垂直腔面发射激光器面阵,与传统金刚石热沉的封装结构相比,激光器发光单元的温度差值降低了29%,为大面积半导体激光器面阵的输出功率优化提供了新思路。

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。

针对具有复杂微尺度凹槽结构的高硬度模具钢型腔难以加工的难题，提出了一种多工位组合电极电火花成形的新方法。以某种聚合物微流控芯片模具型腔为研究对象，选用NAK80模具钢为型腔材料，铜钨合金（W75%）为相应的微凸起结构电极材料并经由高速铣削加工。为降低加工难度及保障加工质量，对复杂微凸起结构进行分解，形成2组4工位组合电极；采用周铣、端铣交替进行的工艺使微凸起上表面的毛刺连续发生塑性变形从而减小和去除微凸起结构顶端的加工毛刺。最后， 利用制备好的多工位组合电极，采用变换工位代替更换电极的加工方式，通过精密电火花成形，依次完成粗、半精与精加工。结果表明：加工的凹槽侧壁与底面垂直度较好，宽度、高度误差在3 μm以内，根部圆角在15 μm以内，可以满足成型聚合物微流控芯片的使用要求。

为了改进加工间隙内电解产物的排出条件和加速电解液的更新，提出了一种嵌套式微细中空电极的精确可控焊接制备工艺。仿真分析了电极的过流特性，优化了电极长度，并进行了性能测试及加工实验。通过穿丝、黏结、嵌套尺寸及位置调整和焊接工序，制备出加工段内径为65 μm、外径为130 μm、长3.25 mm左右，后段便于装夹和连通的嵌套式中空电极。在供液压力为1.15 MPa时，其出口流速可达10 m/s左右。利用制备的中空电极，开展微细孔电解加工实验，在0.5 mm厚不锈钢片上加工出最小入口孔径约为157 μm,出口孔径约为133 μm的微细孔，并将其延伸应用于微结构加工中，铣削出了长554 μm、宽160 μm、深224 μm的微细T型槽。实验结果表明: 制备的微细中空电极有效提高了加工间隙内电解液的流动特性，且连/导通可靠、装夹方便，适用于高深宽比微结构的电解加工。

表面微结构刀具对改善刀工摩擦接触状态、刀具磨损及抗黏附性方面具有积极作用。在聚晶金刚石刀具表面，利用光纤激光器进行了不同形状的微结构加工，并分析了扫描速度、脉冲频率和平均输出功率等不同工艺参数对微沟槽形貌和质量的影响。实验结果表明：随着平均输出功率和脉冲频率的增加，微沟槽宽度和深度分别表现出增大和减小的趋势；采用较小的扫描速度和和较大的平均输出功率能够降低沟槽侧壁粗糙度，改善微沟槽的形貌质量。

为满足液晶显示器对于背光模组亮度高、发光均匀、厚度小的要求, 提出一种侧入式背光模组的新型组合导光板结构设计方法。即在理想Lambertian光源侧向入射时, 为满足导光板亮度均匀性的要求, 提出并确定了一种基于自由曲面函数的导光板底部微型槽结构。借助于TracePro光学软件对该导光板进行了建模, 并通过合理设置微型槽镀膜和组合反射板的光学属性, 实现了导光板照明效果的仿真。仿真结果显示, 基于该微型槽的导光板符合工程上的亮度均匀性和超薄设计要求。

针对注射成型的微流控芯片具有微沟槽深度成型质量好，宽度成型质量较差，而且各处微沟槽的宽度成型质量不均衡的特点，利用Matlab软件的图像处理工具箱开发了微流控芯片微沟槽显微平面图片的图像处理系统，实现了利用常用的光学显微镜对微沟槽的成型质量进行无损检测。引入人工干涉来进行高效图像去噪处理。根据提取的微结构轮廓点进行了微沟槽轮廓的曲线拟合，测量了微沟槽的开口宽度和底部宽度。对由微流控芯片微沟槽显微平面图片所得到的测量结果与由对微流控芯片进行切片检测所得到的测量结果进行比较，结果显示，两种方法得到的微沟槽开口宽度相差约4%，槽底部宽度相差约3%，说明微沟槽显微平面图片的测量结果能够满足注射成型工艺研究中微流控芯片微结构成型质量检测的要求。