1 山西大学激光光谱研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室,山西 太原 030006
2 山西大学极端光学协同创新中心,山西 太原 030006
光致热弹光谱(LITES)技术是近年来发展迅速的一种新颖痕量气体检测技术,该技术以体积小巧、成本低廉且无波长选择性的音叉式石英晶振替代成本高、探测波段窄的光电探测器作为光电换能器,通过探测激光与目标气体相互作用后光强的变化量实现目标气体浓度的反演。LITES技术具有探测灵敏度高、响应时间短、无波长选择性等优点。本文以下水道中的硫化氢气体为测量目标,开展了基于LITES技术的痕量气体探测系统的研究。以输出波长为1.582 μm的近红外连续波分布反馈单纵模二极管激光器作为激发光源,采用激光器波长调制和二次谐波探测技术,首先研究了激光波长调制深度对LITES系统产生的信号幅度的影响,而后详细研究了气体压强及环境压强对装置性能的影响。此外,为进一步提升装置探测灵敏度,有效光程长度为14.5 m的Herriott多通池被装配在激光器和作为光电探测器的音叉式石英晶振之间,从而使传感器在积分时间为300 ms时,获得4.87×10-7的最低探测极限,当积分时间延长至52 s时其探测灵敏度可达7.78×10-8。在完成装置各项参数优化之后开展了下水道中硫化氢气体的实测研究,结果显示,该系统完全可满足下水道臭气监测分析等领域的应用需求。
光致热弹光谱 音叉式石英晶振 硫化氢 气体传感 激光与光电子学进展
2024, 61(3): 0330002
1 中材人工晶体研究院有限公司,北京100018
2 北京中材人工晶体研究院有限公司,北京100018
照明系统是光刻机的重要组成部分,其主要功能是对激光光束进行扩束、整形和匀光。石英晶体x晶向具有本征双折射特点,以其原理制作的偏振装置可实现对光束偏振态的控制,配合离轴照明,能够进一步提高光刻机照明系统的分辨率和成像质量。受传统石英晶体生长工艺和晶体自范性限制,用于偏振装置的大口径石英波片(>50 mm)一直是石英晶体研究的难题。本文利用平行定向生长水热工艺,系统调整温度、压力、矿化剂种类和浓度、节流挡板开孔率等参数,成功合成了可用于193 nm波长的高透过率石英单晶,并加工出已知报道的最大尺寸160 mm石英波片坯料。实验过程中使用改进的框架籽晶法淘汰了可遗传腐蚀隧道缺陷,通过优化原料配比进一步降低Al3+、Na+等微量元素含量,控制升温曲线实现籽晶界面晶格匹配,从而淡化籽晶外延区域均匀性差异。对单晶样品进行微量元素含量、内透过率、双折射性能和光学均匀性表征,结果表明,石英晶体微量元素总含量控制在7×10-6以内,内透过率达到99.80%/mm,双折射率差不均匀性低于0.029 7%,140 mm有效通光口径内光学均匀性PV值达到3.9×10-6。
石英晶体 照明系统 深紫外 波片 偏振装置 水热法 quartz crystal illumination system deep ultraviolet waveplate polarization device hydrothermal method
1 中材人工晶体研究院有限公司,北京100018
2 北京中材人工晶体研究院有限公司,北京100018
超低膨胀微晶玻璃是在Li2OAl2O3SiO2系玻璃的基础上经过严格的受控晶化,在母体玻璃中析出以β石英固溶体为主晶相的微晶玻璃材料。由于具有极低的热膨胀系数,以及优异的热稳定性、化学稳定性和力学性能,超低膨胀微晶玻璃在诸多领域得到了广泛应用。本文综述了超低膨胀微晶玻璃的组成、制备方法、国内外研究历程及发展现状、应用,指出了目前生产超低膨胀微晶玻璃存在的问题和国产超低膨胀微晶玻璃与国际顶尖产品存在的差距,以及国产超低膨胀微晶玻璃今后的发展方向。
Li2OAl2O3SiO2系玻璃 超低膨胀 β石英固溶体 微晶玻璃 受控晶化 Li2OAl2O3SiO2 system glass ultralow expansion βquartz solid solution glassceramics controlled crystallization
飞秒激光烧蚀加工与传统皮秒或纳秒激光加工相比, 具有热作用区域小、激光分辨率高、能够抑制等离子体的物理屏蔽效应等优势, 因而被广泛应用。基于雪崩电离和多光子电离效应, 阐述了飞秒激光烧蚀透明电介质材料机理, 介绍了飞秒激光烧蚀制备不同微结构件现状, 综述了近年来国内外飞秒激光微纳加工石英玻璃烧蚀点、烧蚀线和烧蚀面微特征的研究方法和研究进展, 对微功能结构件的实际应用情况进行了总结, 分析了现阶段飞秒激光在加工透明电介质领域存在的不足, 最后对该技术的发展进行了展望。
激光技术 飞秒激光 石英玻璃 烧蚀减薄 微特征 laser technique femtosecond laser quartz glass ablation thinning micro-features
1 南方科技大学电子与电气工程系,深圳 518055
2 广东惠伦晶体科技股份有限公司,东莞 523757
为了制备石英晶体谐振器,在石英衬底上采用光刻和电感耦合等离子刻蚀技术制备台阶形貌,研究了制备过程中激励电源功率、偏压电源功率以及导热物质等工艺参数对刻蚀效果的影响。并且利用扫描电子显微镜对刻蚀图形的表面形貌进行了观察,通过实验与分析得到了符合工业生产要求的工艺参数。最后在最优工艺参数条件下,制得了高约22 μm的整齐的台阶形貌,并将干法刻蚀的结果与湿法刻蚀对比,展现了干法刻蚀的特点以及干法刻蚀应用于工业化生产石英晶体谐振器的潜力。
石英晶体 光刻 电感耦合等离子刻蚀 工艺参数 台阶刻蚀 quartz crystal photolithography inductively coupled plasma etching processing parameter step etching
哈尔滨工业大学航天学院可调谐激光技术国家级重点实验室,黑龙江 哈尔滨 150001
首先,利用有限元分析方法,仿真模拟了石英音叉的应力和表面电荷分布,设计并加工了一种T字头石英音叉。经过实测,此T字头石英音叉的共振频率为8930.93 Hz,Q值为11164,叉指间距为1.73 mm,与目前广泛应用的商用石英音叉相比,T字头石英音叉的共振频率降低了73%,品质因数提高了22%。然后,通过测量水汽对其传感性能进行验证,发现相比于商用石英音叉,基于T字头石英音叉的石英增强光声光谱(QEPAS)系统信噪比提升了60.65%。最后,给出了石英音叉下一步优化的方向。
遥感 石英音叉 石英增强光声光谱 有限元分析 品质因数 信噪比 光学学报
2023, 43(18): 1899910
光学 精密工程
2023, 31(16): 2362
1 大连理工大学 精密与特种加工教育部重点实验室,辽宁 大连 6024
2 中国船舶集团有限公司第七〇七研究所,天津 300409
石英玻璃等光学硬脆材料在加工过程中不可避免地产生亚表面微裂纹,从而对光学元件的使役性能具有显著影响。因此,石英玻璃亚表面微裂纹的无损检测对于优化石英玻璃加工工艺进而提高加工质量具有十分重要的意义。提出了基于偏振激光散射(Polarized Laser Scattering, PLS)的石英玻璃亚表面微裂纹检测方法,搭建了PLS无损检测系统。通过压痕实验以20 mN,50 mN,100 mN压力制备亚表面微裂纹深度为5.27 μm,9.7 μm,15.42 μm的压痕试样,使用PLS检测系统对压痕试样进行无损检测,探究PLS信号与亚表面微裂纹深度的对应关系。通过不同粒径磨粒(1~20 μm)研磨制备亚表面微裂纹深度为1~10 μm的研磨试样,发现研磨PLS检测信号与亚表面裂纹深度之间呈幂函数关系。搭建的PLS检测系统可以对深度小于10 μm的石英玻璃亚表面微裂纹进行有效检测与量化。PLS检测系统检测结果可实现研磨石英玻璃微裂纹检测,进而为亚表面微裂纹控制及加工工艺优化提供指导。
偏振激光散射 亚表面微裂纹 压痕 研磨 石英玻璃 polarized laser scattering subsurface microcrack indentation grinding quartz glass 光学 精密工程
2023, 31(14): 2031
1 有研国晶辉新材料有限公司北京有色金属研究总院, 北京 100088
2 天津津航技术物理研究所 天津市薄膜光学重点实验室, 天津 300308
3 西北工业大学, 陕西 西安 710129
为了有效抑制4.3 μm CO2辐射对3 μm~5 μm中波红外目标信号的干扰,基于Needle随机插层优化算法,采用电子束蒸发方法,建立了石英晶振监控方式下多层超厚Ge/Al2O3薄膜生长误差的精确反演修正模型,实现了中波红外陷波滤光片的设计、精确反演与制备;同时,针对中波红外陷波滤光片存在的面型变化大的问题,采用预置基底面型方法,实现了中波红外陷波滤光片低面型调控。研究结果表明:随着镀膜时间的增加,高折射率Ge膜具有较好的生长稳定性,而低折射率Al2O3薄膜材料沉积比例因子变化高达11.9%,且呈规律性渐变趋势;所制备的中波红外陷波滤光片在4.2 μm~4.5 μm波段区间平均截止透过率小于0.3%;3.5 μm~4.05 μm及4.7 μm~5.0 μm波段的平均透过率大于95%,镀膜后的面型被有效控制在较小范围;膜层具有较好的复杂环境适应性,成功通过了GJB 2485-95中牢固性、高温、低温、湿热等环境试验考核。
电子束蒸发法 石英晶振监控法 红外滤光片 薄膜 反演修正 electron beam evaporation quartz crystal deposition monitor infrared filter thin film inversion correction