三维光学微结构聚焦离子束铣削加工技术研究

发布时间：2024-02-25 04:36

　　传统的光学系统为提升成像质量常采用体积庞大的曲面透镜组合,导致其结构复杂且占用较大的使用空间,无法同时满足航空航天等特定领域对光学系统高性能和轻质化的要求。光学微结构尤其是三维光学微结构由于具有单元小、质量轻、集成度高等优点,为突破上述技术和应用瓶颈带来了曙光,其加工技术也是目前微纳加工领域的研究重点。相比于其它加工技术,聚焦离子束铣削(FIBM)加工作为一种无掩模直写的高精度微纳加工技术,在微结构加工尤其是三维光学微结构的加工上具有独特的优势。本文从三维光学微结构的FIBM轮廓仿真模型、FIBM加工实验、FIBM轮廓误差分析和补偿等方面对该技术进行了研究。首先,根据FIBM加工的加工机理,建立了FIBM加工的工艺模型。基于该工艺模型,针对灰度图这一典型FIBM加工方式,利用Python语言编程实现了灰度图加工微结构的二维和三维轮廓仿真。在轮廓仿真的建模过程中通过开展溅射产额实验和束斑分布实验提高了仿真模型的精确性,并通过采用矩阵计算和稀疏矩阵存储的方法提高了仿真模型的运行速度。该工艺和仿真模型实现了FIBM灰度图加工三维微结构轮廓的高精度仿真。其次,本文开展了三维光学结构的FIBM加...

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1-1光学微结构及在成像上的应用[1]

随着光学设计理论及超精密加工技术的进步，光学系统的应用变得越来越广航空航天为典型代表的各个领域对光学系统提出了小型化、轻量化、集成化和化的要求。传统的光学系统为提升成像质量或实现某些特定功能常采用体积庞曲面透镜组合，这不仅使得光学系统结构复杂且造价昂贵，还占用较大的使用，更对光学....

图1-2二维光学微结构实例及三维光学微结构实例[2-4,7-9]

华中科技大学硕士学位论文2(a)所示；三维光学微结构则是由球面[5-6]、非球面[7]、锥面[8-9]等各种曲面特征构成如图1-2(b)所示。相比于二维光学微结构，三维光学微结构面形更为复杂，对光的调制能力更强，因此其在成像[5-6]、传感[10]、光互联....

图1-3圆柱约束液滴喷射法制备工艺路线图及结果

华中科技大学硕士学位论文高效，生产效率高，适用于大面积的快速制造，但难以控制阵列的一致性和微透镜的特征尺寸等形状信息。如图1-3为2018年WangLi等[12]的微滴喷射研究，其首先通过光刻法制备PDMS圆柱，然后再在圆柱上喷射液滴。通过....

图1-4DMD无掩模光刻结合空间约束热回流工艺[13]

图1-4DMD无掩模光刻结合空间约束热回流工艺[13]飞秒激光直写法分为飞秒激光双光子聚合加工技术和飞秒激光刻蚀技术两种。飞秒激光双光子聚合主要面向聚合物等柔性材料的微结构加工。其加工原理为光敏材料自身的双光子吸收特性（光致聚合反应）：当飞秒脉冲轰击在材料上时，只有焦点处的....

本文编号：3910088