1 北京工业大学材料与制造学部高功率及超快激光先进制造实验室，北京 100124
2 北京动力机械研究所，北京 100074
飞秒激光以其超窄脉宽和超高光强等特性被广泛应用于各种金属材料的加工。本课题组采用波长为515 nm的绿光飞秒激光器对GH3230镍基高温合金进行刻蚀试验，研究了GH3230高温合金的绿光飞秒激光刻蚀阈值、刻蚀率和极限刻蚀深度。结果表明：相比于红外飞秒激光，绿光飞秒激光的刻蚀阈值明显降低，刻蚀率显著提高；与红外飞秒激光刻蚀类似，随着刻蚀次数增加，刻蚀深度增大，但当刻蚀次数增加到一定值后，刻蚀深度出现饱和现象；激光能量密度越高，极限刻蚀深度越大；改变扫描策略进行双道刻蚀时，通过增加刻缝宽度可以增大刻蚀深度；激光诱导等离子体是影响刻蚀深度的主要因素。
激光技术 镍基高温合金 飞秒激光加工 刻蚀阈值 刻蚀深度 刻蚀率
为了改善激光钻孔的几何形貌，提高其刻蚀深度和减小微孔锥度，以304不锈钢为试验材料，采用旋转磁场辅助激光钻孔的加工工艺，研究了在不同转速旋转磁场下，微孔刻蚀深度、表面喷溅、孔壁几何形貌和内壁氧含量的变化，探索了在有/无旋转磁场作用下，单脉冲能量对微孔锥度的影响。试验结果表明，随着旋转磁场转速的提升，微孔刻蚀深度增加，表面喷溅更加显著，氧含量降低，但过快的转速会使孔壁几何形貌变差。此外，旋转磁场的引入可以有效减小微孔锥度，且单脉冲能量越大，微孔锥度降低得越明显。
激光技术 激光钻孔 旋转磁场 形貌 锥度 刻蚀深度 中国激光
2022, 49(16): 1602001
1 兰州理工大学材料科学与工程学院, 甘肃 兰州 730050
2 兰州空间技术物理研究所真空技术与物理重点实验室, 甘肃 兰州 730000
为了研究移动脉冲激光刻蚀单/双层金属/聚酰亚胺基复合材料的规律, 利用有限元方法建立了移动纳秒脉冲激光刻蚀的通用模型, 讨论了移动速度对激光刻蚀深度的影响, 分析了金属铝薄膜和双层金属膜在移动脉冲激光作用下的温度变化规律。结果表明, 当激光移动速率一定时, 刻蚀深度开始时不断增加, 但增加幅度逐渐减小, 刻蚀深度逐渐趋于一定值, 即达到最大刻蚀深度; 金属与基底材料界面处的温度变化相较于金属薄膜靠近光源处的在时间上有一定滞后, 基底温度在激光关闭后可继续上升; 刻蚀双层金属膜时, 下层选用较厚且热导率较大的金属薄膜有利于保护聚酰亚胺基底。
激光技术 脉冲激光 移动速度 铝薄膜 聚酰亚胺 温度场 刻蚀深度
1 兰州理工大学材料科学与工程学院, 甘肃 兰州 730050
2 兰州空间技术物理研究所真空低温技术与物理国家级重点实验室, 甘肃 兰州 730000
为研究脉冲激光刻蚀聚酰亚胺基底镀金属薄膜过程，采用有限元软件COMSOL Multiphysics构建高斯脉冲激光辐照复合材料的2维非稳态物理模型，通过求解热传导方程计算不同功率激光辐照金属薄膜的温度场分布，讨论不同激光参数对刻蚀进程的影响。模拟结果表明：刻蚀深度主要受激光功率密度的影响，且随着金属薄膜厚度的增加，激光刻蚀深度先减小后保持不变。在刻蚀过程中，为了更好地保护基底，应选择大功率短脉宽的激光参数；由于铜薄膜比铝薄膜更难刻蚀，在铜薄膜的刻蚀过程中应选择较大功率密度的激光。结果有助于理解激光刻蚀过程，对实际刻蚀过程有一定的指导意义。
激光技术 脉冲激光 激光刻蚀 金属薄膜 聚酰亚胺 温度场 刻蚀深度
1 安徽建筑大学材料与化学工程学院, 安徽 合肥 230022
2 安徽建筑大学机械与电气工程学院, 安徽 合肥 230022
提出并研究了水环境下激光超声复合加工方法, 利用该方法对氮化硅陶瓷进行刻蚀加工, 加工时对试样施以高频振动。通过实验对比分析激光能量、脉冲宽度、重复频率和超声振动功率等工艺参数对Si3N4在超声振动辅助与无振动辅助情况下激光刻蚀后的深度及表面质量的影响。研究结果表明, 在一定工艺参数范围内, 超声振动的加入可明显增加激光超声复合刻蚀的深度, 提高光洁度及表面质量。
激光超声复合加工 振动辅助 表面质量 刻蚀深度 laser-ultrasonic combined machining vibration assistance surface quality etching depth
中国科学技术大学 国家同步辐射实验室，安徽 合肥 230029
总结了大尺寸衍射光学元件离子束刻蚀技术的研究进展。针对自行研制的KZ-400离子束刻蚀装置，提出了组合石墨束阑结构和多位置分步刻蚀策略来提高离子束刻蚀深度的均匀性，目前在450 mm尺寸内的刻蚀深度均匀性最高可达±1%。建立了针对多层介质膜光栅的衍射强度一维空间分布在线检测系统以及用于透射衍射光学元件离子束刻蚀深度的等厚干涉在线检测系统，实现了对大尺寸衍射光学元件离子束刻蚀终点的定量、科学控制，提高了元件离子束刻蚀工艺的成功率。利用上述技术，成功研制出一系列尺寸的多层介质膜光栅、光束采样光栅、色分离光栅以及同步辐射光栅等多种衍射光学元件。
衍射光学元件 离子束刻蚀 刻蚀深度 在线检测 多层介质膜光栅 Diffractive Optical Elements(DOE) ion beam etching etching depth on-line measurement Multilayer Dielectric Grating(MDG)
1 山东大学,控制学院,电子束研究所,济南,250061
2 山东科技大学,信息与电气工程学院,山东,青岛,266510
3 东营职业学院,山东,东营,257091
为了精确地确定电子束曝光剂量与刻蚀深度间的关系,根据抗蚀剂的灵敏度曲线,采用反差经验公式来确定剂量与刻蚀深度间的关系.选用正性抗蚀剂PMMA进行曝光实验,将计算值进行曲线拟合,得到的关系曲线与实验结果基本相符.当剂量在20～35 μC/cm2间时,实验值与计算值间的差值最小,说明当剂量在此范围内时该方法能够更加精确地确定剂量与刻蚀深度间的关系.采用该方法节省了实验时间,提高了刻蚀效率.
电子束光刻 曝光剂量 刻蚀深度 反差 吸收能量密度
1 四川大学,电子信息学院,四川,成都,610064
2 成都精密光学工程研究中心,四川,成都,610041
基于标量衍射理论推导出了分频光栅的各级衍射效率公式,分析了分频光栅的衍射特性,发现入射光波在满足相应的相位延迟条件时,能被分频光栅以最大效率衍射进3个中央级次中的某一级.分析和比较了两种制作工艺中的刻蚀深度误差、占空比误差对衍射效率的影响.在惯性约束聚变(ICF)应用中,对于同一要求的3倍频光的衍射效率范围,两种工艺的刻蚀误差容限是相同的,但是两种工艺的相同刻蚀误差却带来不同的衍射效率.在不计其它误差时,占空比误差不会对3倍频光的衍射效率产生影响,但可以对基频光和2倍频光产生相反的影响,占空比误差还可以使基频光和2倍频光的主要衍射级次的效率都降低,同时增大它们的0级衍射效率.
分频光栅 衍射效率 刻蚀深度误差 占空比误差 Color separation grating Diffraction efficiency Etched depth error Duty cycle error
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130022
2 南开大学现代光学研究所光电信息技术科学教育部重点实验室, 天津 300071
利用严格耦合波理论(RCWA)从两方面研究了亚波长周期结构光栅的理论计算结果和制作工艺的关系:一是理论设计光栅时,理论结果和制作工艺的最佳结合问题;二是制作具有一定应用要求的光栅时,应用要求、理论和制作工艺的最佳结合来选择光栅的参数的问题。
制作工艺 占空比 光栅周期 刻蚀深度 最佳结合点
通过相位恢复的原理, 设计了在平行光的照明下单轴双折射晶体做成的衍射相位元件以实现分离并聚焦o偏振光和e偏振光。 讨论了相位量化对结果的影响。 理论计算表明: 这种方法可成功地实现偏振光的分离和聚焦。
衍射相位元件 聚焦 刻蚀深度 复振幅
