提出了一种通过制作面内微结构来提高红外场景生成芯片空间分辨率的方法。通过建立简化的二维热传导模型,计算了具有周期性微结构的芯片空间分辨率。通过分析微结构接触面积比及填充因子对红外场景生成芯片空间分辨率的影响,实现了周期性微结构的优化设计。理论计算表明,空间分辨率随微结构接触面积比的减小而增大,随填充因子的增大而增大。考虑到制备精度,当微结构的接触面积比为0.18、填充因子为0.52时,芯片在对比度调制传递函数(MTF)值为0.3时的空间分辨率为10.3 lp·mm -1,是无微结构芯片的两倍。实验制备了两种具有不同接触面积比和填充因子的红外场景生成芯片,芯片直径为7.62 cm,厚度约为800 nm。采用非接触式稳态热成像法对所制作的转换芯片的空间分辨率进行了测量。测量结果表明,接触面积比为0.20和0.46的两个微结构芯片在MTF值为0.3时的空间分辨率分别为11.2 lp·mm -1和6.6 lp·mm -1。实验结果与理论计算吻合较好,说明所提方法是一种实用、有效的空间分辨率优化方法。

采用飞秒激光在金属材料表面制备周期性微结构在光伏发电、自清洁以及生物医学等领域具有广阔的应用前景。采用功率为75 W、脉宽为800 fs、波长为515 nm的飞秒激光,首先研究线扫描条件下钛的烧蚀阈值,然后基于90°交叉面扫描的加工方式诱导钛表面微结构,推导出面扫描时单位点的有效脉冲数计算公式,并对结构演变规律进行归纳分析。结果表明:同文献报道的红外飞秒激光相比,钛表面绿光飞秒激光的烧蚀阈值明显降低;不同参数对钛表面微结构的影响可以归纳为面扫描单位点的有效脉冲数和激光能量密度。当激光能量密度较低时,随着有效脉冲数的增加,钛表面微结构由不均匀分布的驼峰状凸起转变为均匀的柱状阵列结构,能量密度较高时则转变为相互连接的丘陵状结构。高的激光能量密度、低的有效脉冲数与低的激光能量密度、高的有效脉冲数诱导的结构类似,使用高能量密度可显著提高加工效率。

为了实现大视场周期性微结构缺陷检测, 提出了一种基于光学傅里叶变换(FT)的大视场周期性微结构缺陷检测方法, 并搭建相关实验系统进行实验验证。首先, 对周期性微结构的像进行二维快速傅里叶变换, 获取周期性微结构的空间频谱; 然后, 选取一级衍射斑点中的一个斑点做快速傅里叶逆变换, 得到周期性微结构的幅值分布图; 最后, 根据幅值分布图中的幅值突变位置确定缺陷的位置以及根据幅值突变的剧烈程度来定性地判断缺陷处的点偏离原来位置的位移。实验结果表明: 该套系统的测量视场能达到1.5 mm×1.5 mm, 测量分辨率能达到0.5 μm以上, 在保证分辨率达到要求的前提下, 大大地提高了检测视场, 能够快速、高效、便捷地在大视场下对周期性微结构进行缺陷检测。

通过纳焦量级的飞秒激光在铬膜表面诱导出了周期性微结构,并使用入射飞秒激光和激发的表面等离子体波之间的干涉理论模拟分析了飞秒激光作用下铬膜表面的温度场分布情况,定性地解释了铬膜表面周期性微结构产生的机理。实验和理论结果有助于对飞秒激光和铬膜相互作用机制的理解。