飞秒激光微加工技术在微加工中应用.doc

飞秒激光微加工技术在微加工中的应用
1飞秒激光加工微结构
基于能量高度集中、热影响区小、无飞溅无熔渣、不需特殊的气体环境、无后续工艺、,飞秒激光在诱导金属微结构加工应用方面和精细加工方面都取得了很大的进展。
(1)孔加工在1mm厚的不锈钢薄片上,飞秒激光进行了具有深孔边缘清晰、表面干净等特点的纳米级深孔加工(如图1a);在金属薄膜上,钛宝石飞秒激光加工制备出了微纳米级阵列孔(如图1b),,~10μm间可调,最小间距可达10μm,很容易实现10-50μm间距调整。
(2)金属材料表面改性1999年,德国汉诺威激光中心Nolte S等人首次报道了结合钛宝石飞秒激光三倍频光(260 nm)和SNOM(扫描近场光学显微镜)在金属镉层制出了线宽仅200 nm的凹槽。为以后的无孔径近场扫描光学显微镜(ANSOM)取代SNOM奠定了基础,获得了高达70 nm的空间分辨率,开拓了远场技术在纳米范围下的物理化学特性以及输运机制的研究。
(3)金属纳米颗粒加工自1993年Henglein A等人首次利用激光消融法制备金属纳米颗粒以来,许多研究小组制备出高纯度、粒度分布均匀的金属纳米颗粒。Link H等人进一步控制飞秒激光的能流密度和照射时间,将金属纳米棒完全融化为金属纳米点。与其它激光脉冲相比,飞秒激光改变的金属颗粒尺寸大小和特定形状,使金属纳米颗粒特别是贵金属(Au、Hg、Pt、Pd等)在催化、非线性光学、医用材料科学等领域具有广阔的应用前景。
(4)金属掩模板加工新加坡南洋科技大学Venkatakrishnan K等人利用飞秒激光直写方法制作了以金属薄膜为吸收层、石英为基底的金属掩模板,并将前入射与后入射两种方案作了比较,发现采用前入射的方法能够得到更小的特征尺寸和好的边缘质量。并且利用飞秒激光超衍射极限加工有效地修补了金属镉掩模板的缺陷,修复的线宽达到小于100 nm的精度。目前构建的飞秒激光修正光掩模板工具已在IBM的柏林顿、佛蒙特州的掩模制作设备中运行。这对微电子技术的发展将具有重要意义。
(5)复杂的微结构加工①耐热玻璃上的水渠道结构(图2),边缘质量较好。但结构的精确性、表面和底端形态还有待改进;②光敏树脂里面制作的世界上最小的人造动物模型:10μm长,7μm高的公牛;③ScR500树脂内制备的约10μm的微型金字塔和房子模型;④光刻胶上飞秒双光子聚合(Two- Photon P01ymerization:TPP)的微型蜘蛛和恐龙模型(图3)等。
这些都为飞秒激光加工将在高密度内联接印刷电路板、MEMS制造、微纳米过滤技术中具有良好的工业应用前景奠定了基础。
2光通信领域
光通信的高速率、大容量和宽带宽的发展方向,要求光电器件的高度集成化。而集成化的前提是光电器件的微型化。因此,光电器件的微型化是当前光通信领域研究的前沿和热点。近年来,相比传统的光电技术,飞秒激光微加工技术将成为新一代光电器件的制造技术。国内外学者在光波导的制备技术等诸多方面进行了有益的探索,取得了很大的进展。
(1)光波导的制备光波导易于和光纤通信系统耦合且损耗小,在频域中呈现出丰富的传输特性,成为光纤器件的研究热点。与离子注入法和热扩散型离子交换法等目前常用的制作方法相比,飞秒激光制作波导在室