应用于微加工的准分子激光关键技术研究
发布时间：2022-01-08 08:23
激光微加工技术是准分子激光技术的一个新的应用领域。准分子激光波长处于紫外和深紫外波段,具有单光子能量大、波长短等特点。相比于常见的可见段和红外段激光,准分子激光在半导体材料、脆性材料和高分子材料等材料的微加工具有独特的优势。目前国内的研究主要集中在探索不同激光参数对材料微加工的影响,在准分子激光微加工系统方面研究较少。激光微加工技术首先要求激光能量稳定性高、光束质量良好,准分子激光器由于采用放电泵浦方式,其输出激光能量稳定性、光束质量等均受高压电容充电电源系统性能的影响。目前国内在应用于紧凑型准分子激光器的高压电容充电电源系统方面研究较少。本文创新性地研究出适用于紧凑型准分子激光器的工作在脉冲应用下的紧凑型高压电容充电电源系统和适用于电源在脉冲应用下的功率因数校正（Power Factor Correction,PFC）电路系统。电源实现输出10 k V～21 k V范围精确可调、充电精度±1%、校正后的功率因数达到98%,显著提高准分子激光能量稳定性和能量转移效率,满足了微加工的应用需求。准分子激光器直接输出的激光在光斑尺寸、能量均匀性等方面都不适合直接作为微加工光源使用。国内基于紫...
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
硅通孔
第一章绪论5图1.2不同能量密度下刻蚀石英玻璃表面[26]Fig1.2Etchingthesurfaceofquartzglassatdifferentenergydensities1.3.3激光打标激光打标是继激光切割、激光焊接、激光打孔等应用之后，在上世纪八十年代涌现出的应用技术。激光打标是集光学、精密机械、计算机、电子等技术，激光打标技术相比较传统加工技术具有精度高、无接触、速度快、无污染、加工图案清晰等优点。2000年文小明[27]等人使用308nm准分子激光对钛搪瓷进行打标实验，实验得出准分子激光的打标阈值和最优工艺参数，分析准分子激光作用机理。准分子激光由于具有波长短、单光子能量高的优点，准分子激光打标方式的精度高、热影响区小的特点，可以用来对精度和热影响要求较高的特殊材料的打标，相比较可见光和近红外波段激光打标具有明显的优势。随着激光打标技术的快速发展，该技术已经广泛应用于集成电路芯片、电子元件、镜片的防伪标识等领域，如图1.3为镜片防伪标识，相信在未来准分子激光打标技术将会得到更加广泛的应用。
合肥工业大学学术硕士研究生学位论文6图1.3镜片防伪标志Fig1.3Lenssecuritysigns1.4论文的研究内容及创新点本论文的主要研究内容包括以下几点：主要围绕紧凑型高压电容充电电源系统、准分子激光微加工光路系统、探究准分子激光参数对微加工效果和过程的影响三项关键技术展开研究。首先将电源系统分为高功率密度主拓扑结构设计、紧凑型高频高压变压器、高稳定电源驱动和保护电路系统三部分展开研究。为了解决紧凑型高压电容充电电源在脉冲应用下功率因数较低的问题，创新性的研究出适用于电源在脉冲应用下的PFC电路系统。其次分析准分子激光微加工光路系统的两个技术方案：振镜式和电动位移式微加工光路系统两种方案的原理和优缺点，经综合考虑选择振镜式微加工光路系统方案。分析微加工光路系统的两个设计方案：聚焦透镜前和聚焦透镜后扫描振镜微加工光路系统，经综合考虑选择聚焦透镜后扫描振镜微加工光路系统。分析微加工光路系统装置：准分子激光器、聚焦透镜、扫描振镜。对准分子激光微加工光路系统技术：能量衰减技术、光斑均匀化技术和微加工光路系统原理进行分析。最后搭建了一套193nm准分子激光微加工实验平台，首先对紧凑型高压电容充电电源系统和PFC电路系统进行性能测试及分析，其次对准分子激光微加工光路系统进行性能测试及分析，最后探究不同激光参数对树脂镜片微加工的形貌的影响，改变准分子激光重复频率、脉冲数量、能量密度等参数，通过光学显微镜观察树脂镜片微加工的形貌的变化。
【参考文献】：
期刊论文
[1]宽电压范围输入PFC电路的研究[J]. 张雨心,宋连庆,张瑞国. 电脑知识与技术. 2019(06)
[2]基于L4981A的平均电流控制单相Boost PFC设计[J]. 马鹏飞. 工业技术创新. 2018(03)
[3]太赫兹器件测试用高重复频率高压脉冲电源[J]. 蔡政平,李伟松. 强激光与粒子束. 2018(02)
[4]准分子激光皮肤治疗仪能量稳定性研究[J]. 赵读亮,李文洁,梁勖,方晓东. 红外与激光工程. 2017(12)
[5]紫外激光器及其在微加工中的应用[J]. 聂世琳,管迎春. 光电工程. 2017(12)
[6]248nm准分子激光刻蚀的无裂损石英玻璃表面微通道[J]. 杨桂栓,陈涛,陈虹. 中国激光. 2017(09)
[7]放电准分子激光电磁干扰环境下控制系统设计[J]. 马英岚,梁勖,赵读亮,方晓东. 激光技术. 2017(02)
[8]有源功率因数校正技术在无刷直流电机控制系统中的应用[J]. 祝恒洋,唐煌生,张砚,周建新,王蕾. 微电机. 2016(09)
[9]36kV/10kW CO2激光器充电电源的研制[J]. 张兴亮,石宝松. 激光技术. 2016(04)
[10]谐振充电技术在火花开关触发系统中的应用[J]. 张兴亮,郭立红,孟范江,方艳超,张振东,毛书勤. 光学精密工程. 2015(05)
博士论文
[1]准分子激光退火设备关键技术研究[D]. 尹广玥.中国科学技术大学 2018
[2]工业及医用准分子激光系统关键技术研究[D]. 赵读亮.中国科学技术大学 2017
硕士论文
[1]准分子激光微加工Al2O3陶瓷和硅晶片的实验研究[D]. 何立文.合肥工业大学 2018
[2]248nm准分子激光无裂损加工玻璃微通道的研究[D]. 杨桂栓.北京工业大学 2017
[3]串联谐振充电电源设计[D]. 朱鑫淼.大连理工大学 2014
[4]微透镜准分子激光整形均束装置[D]. 靳羽华.北京工业大学 2013
[5]准分子激光微细加工工艺和加工机理研究[D]. 朱效立.北京工业大学 2005
[6]准分子激光微加工若干特性研究[D]. 周月豪.华中科技大学 2005
[7]振镜式激光打标机的研究[D]. 陈兴海.曲阜师范大学 2003
本文编号：3576222
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
硅通孔
第一章绪论5图1.2不同能量密度下刻蚀石英玻璃表面[26]Fig1.2Etchingthesurfaceofquartzglassatdifferentenergydensities1.3.3激光打标激光打标是继激光切割、激光焊接、激光打孔等应用之后，在上世纪八十年代涌现出的应用技术。激光打标是集光学、精密机械、计算机、电子等技术，激光打标技术相比较传统加工技术具有精度高、无接触、速度快、无污染、加工图案清晰等优点。2000年文小明[27]等人使用308nm准分子激光对钛搪瓷进行打标实验，实验得出准分子激光的打标阈值和最优工艺参数，分析准分子激光作用机理。准分子激光由于具有波长短、单光子能量高的优点，准分子激光打标方式的精度高、热影响区小的特点，可以用来对精度和热影响要求较高的特殊材料的打标，相比较可见光和近红外波段激光打标具有明显的优势。随着激光打标技术的快速发展，该技术已经广泛应用于集成电路芯片、电子元件、镜片的防伪标识等领域，如图1.3为镜片防伪标识，相信在未来准分子激光打标技术将会得到更加广泛的应用。
合肥工业大学学术硕士研究生学位论文6图1.3镜片防伪标志Fig1.3Lenssecuritysigns1.4论文的研究内容及创新点本论文的主要研究内容包括以下几点：主要围绕紧凑型高压电容充电电源系统、准分子激光微加工光路系统、探究准分子激光参数对微加工效果和过程的影响三项关键技术展开研究。首先将电源系统分为高功率密度主拓扑结构设计、紧凑型高频高压变压器、高稳定电源驱动和保护电路系统三部分展开研究。为了解决紧凑型高压电容充电电源在脉冲应用下功率因数较低的问题，创新性的研究出适用于电源在脉冲应用下的PFC电路系统。其次分析准分子激光微加工光路系统的两个技术方案：振镜式和电动位移式微加工光路系统两种方案的原理和优缺点，经综合考虑选择振镜式微加工光路系统方案。分析微加工光路系统的两个设计方案：聚焦透镜前和聚焦透镜后扫描振镜微加工光路系统，经综合考虑选择聚焦透镜后扫描振镜微加工光路系统。分析微加工光路系统装置：准分子激光器、聚焦透镜、扫描振镜。对准分子激光微加工光路系统技术：能量衰减技术、光斑均匀化技术和微加工光路系统原理进行分析。最后搭建了一套193nm准分子激光微加工实验平台，首先对紧凑型高压电容充电电源系统和PFC电路系统进行性能测试及分析，其次对准分子激光微加工光路系统进行性能测试及分析，最后探究不同激光参数对树脂镜片微加工的形貌的影响，改变准分子激光重复频率、脉冲数量、能量密度等参数，通过光学显微镜观察树脂镜片微加工的形貌的变化。
【参考文献】：
期刊论文
[1]宽电压范围输入PFC电路的研究[J]. 张雨心,宋连庆,张瑞国. 电脑知识与技术. 2019(06)
[2]基于L4981A的平均电流控制单相Boost PFC设计[J]. 马鹏飞. 工业技术创新. 2018(03)
[3]太赫兹器件测试用高重复频率高压脉冲电源[J]. 蔡政平,李伟松. 强激光与粒子束. 2018(02)
[4]准分子激光皮肤治疗仪能量稳定性研究[J]. 赵读亮,李文洁,梁勖,方晓东. 红外与激光工程. 2017(12)
[5]紫外激光器及其在微加工中的应用[J]. 聂世琳,管迎春. 光电工程. 2017(12)
[6]248nm准分子激光刻蚀的无裂损石英玻璃表面微通道[J]. 杨桂栓,陈涛,陈虹. 中国激光. 2017(09)
[7]放电准分子激光电磁干扰环境下控制系统设计[J]. 马英岚,梁勖,赵读亮,方晓东. 激光技术. 2017(02)
[8]有源功率因数校正技术在无刷直流电机控制系统中的应用[J]. 祝恒洋,唐煌生,张砚,周建新,王蕾. 微电机. 2016(09)
[9]36kV/10kW CO2激光器充电电源的研制[J]. 张兴亮,石宝松. 激光技术. 2016(04)
[10]谐振充电技术在火花开关触发系统中的应用[J]. 张兴亮,郭立红,孟范江,方艳超,张振东,毛书勤. 光学精密工程. 2015(05)
博士论文
[1]准分子激光退火设备关键技术研究[D]. 尹广玥.中国科学技术大学 2018
[2]工业及医用准分子激光系统关键技术研究[D]. 赵读亮.中国科学技术大学 2017
硕士论文
[1]准分子激光微加工Al2O3陶瓷和硅晶片的实验研究[D]. 何立文.合肥工业大学 2018
[2]248nm准分子激光无裂损加工玻璃微通道的研究[D]. 杨桂栓.北京工业大学 2017
[3]串联谐振充电电源设计[D]. 朱鑫淼.大连理工大学 2014
[4]微透镜准分子激光整形均束装置[D]. 靳羽华.北京工业大学 2013
[5]准分子激光微细加工工艺和加工机理研究[D]. 朱效立.北京工业大学 2005
[6]准分子激光微加工若干特性研究[D]. 周月豪.华中科技大学 2005
[7]振镜式激光打标机的研究[D]. 陈兴海.曲阜师范大学 2003
本文编号：3576222
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