涡旋光诱导不透明激光直写系统研究

发布时间：2017-10-28 19:34

  本文关键词：涡旋光诱导不透明激光直写系统研究

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【摘要】：亚波长激光直写技术可用于亚波长结构器件的制作,亚波长结构器件可以用在高分辨成像、航天器和航空器的精确导航、地球及天体引力测量、地形测量、重力探矿、纳米医疗机器人等领域。而且,亚波长直写技术对于突破智能芯片制造瓶颈,推进我国集成芯片自主生产有重要作用。本论文以远场光调制近场光的原理为基础,将涡旋光诱导光致变色材料不透明加入聚焦激光直写系统中,以实现亚波长分辨率的激光直写。使用放大倍率20倍(NA=0.4)的显微物镜,可以将曝光图案的线宽从6614nm压缩到338nm。此系统实现了亚波长分辨率的激光直写,对纳米元件如光波导、光栅和纳米电路的大规模制造提供了有益的方法。波长532nm的激光在经过扩束镜、偏振片、1/4玻片和涡旋相位板后,形成涡旋光,涡旋光与扩束后波长405nnm的激光光束经合束镜合束后完全重合。当圆偏振光的旋向与涡旋相位板的旋向一致时,产生的涡旋光具有暗中空结构。光刻片包括硅基片、光刻胶层和光致变色层。合束光被显微物镜聚焦,激光焦点光斑,包括波长405nnm的聚焦光斑和波长532nm的环形光斑投射在光致变色层中,其中分散着皂黄分子。在聚焦前,两束激光光束扩束至同样直径,具有相等的等效数值孔径,所以聚焦后焦点处的光斑直径相同,光斑完全重合。在光致变色层中,波长405nnm的聚焦光斑呈高斯分布,波长532nm的环形光斑呈中空分布。因为光致变色层受到波长405nm激光照射时其对波长405nnm激光的吸光度逐渐减小,受到波长532nm激光照射时其对波长405nnm激光的吸光度逐渐增大,因此在光致变色层中形成了波长405nm光的通光孔。光刻光(波长405nnm激光)在通过通光孔后对下面的光刻胶层进行曝光,光刻胶可被波长405nnm激光曝光,不能被波长532nm激光曝光。光致变色层中通光孔的直径可以通过调节1532/I405的比值来调节,当比值减小时通光孔直径减小。设计好的图案可以通过计算机控制电动平移台移动得到。另外,因为光刻光呈高斯分布,因此通光孔的直径与涡旋光的功率为非线性关系。光致变色材料吸光度的调制原理基于皂黄的光致异构化。当皂黄被波长405nnm激光照射时,反式结构转化为顺式结构。异构转化导致了吸收光谱的变化,此变化由紫外-可见分光光度计测得。类似地,当皂黄被波长532nm激光照射时,发生了相反的反应过程。另外,将皂黄溶解于PVA浓度8%的水溶液形成皂黄的饱和水溶液,然后将溶液旋涂在光刻胶层上形成400nnm厚的光致变色层。光刻片经过曝光后,样品浸入NaOH水溶液中,皂黄PVA薄膜溶解后光刻胶层被显影。皂黄是一种溶于水的光致变色材料,用于涡旋光诱导不透明激光直写时具有明显优势。首先,在光刻片被曝光后,只需一步即可得到曝光图案。另外,不需要使用丙酮等对人体和环境有害的溶液。总之,将传统的聚焦激光直写和涡旋光诱导光致变色材料不透明结合起来,可以实现亚波长分辨率的激光直写。另外,设计好的图形可以通过计算机控制电动平移台移动来获得。此项技术可以应用于微纳器件,如微纳传感器和微纳探测器的大规模制造。
【关键词】：纳米结构制造 聚焦激光直写 涡旋光 光诱导不透明 光致变色材料
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O439
【目录】：

• 致谢5-7
• 摘要7-9
• Abstract9-13
• 第1章 绪论13-33
• 1.1 课题研究的目的与意义13-16
• 1.2 课题研究现状16-25
• 1.2.1 纳米光纤斜触式光刻16-18
• 1.2.2 纳米金属颗粒光刻18-21
• 1.2.3 SPR超透镜光刻21-22
• 1.2.4 负折射率透镜光刻22-23
• 1.2.5 光致变色材料光刻23-25
• 1.3 课题研究的内容与创新点25-28
• 1.3.1 课题研究的内容25-27
• 1.3.2 课题研究的创新点27-28
• 参考文献28-33
• 第2章 光致变色材料33-44
• 2.1 光致变色材料的发展史33
• 2.2 光致变色机理33-34
• 2.3 光致变色材料种类34-37
• 2.4 光致变色材料的应用37-39
• 2.5 本章小结39-40
• 参考文献40-44
• 第3章 聚合物分散有机光致变色化合物薄膜的制备与性能44-62
• 3.1 有机光致变色化合物的选择44-52
• 3.2 有机光致变色化合物薄膜的制备与性能52-57
• 3.2.1 PMMA高分子聚合物基质53-55
• 3.2.2 PVA高分子聚合物基质55-57
• 3.3 本章小结57-58
• 参考文献58-62
• 第4章 涡旋光诱导不透明激光直写系统62-86
• 4.1 涡旋光62-71
• 4.1.1 涡旋光及其应用62-65
• 4.1.2 涡旋光的产生方法65-67
• 4.1.3 本课题涡旋光的产生67-71
• 4.2 涡旋光诱导不透明激光直写系统71-79
• 4.2.1 光路系统71-75
• 4.2.2 涡旋光诱导不透明激光直写系统的用户操作界面75-77
• 4.2.3 系统对焦77-79
• 4.3 本章小结79-81
• 参考文献81-86
• 第5章 涡旋光诱导不透明激光直写实验86-113
• 5.1 光刻胶的涂覆86-89
• 5.2 光刻胶曝光阈值的测定89-91
• 5.3 涡旋光诱导不透明激光直写实验91-93
• 5.4 涡旋光功率与曝光线条线宽之间的关系93-102
• 5.5 与纳米光纤光刻实验结果的对比102-111
• 5.5.1 FDTD建模与模拟计算102-105
• 5.5.2 实验过程及结果105-110
• 5.5.3 对比分析110-111
• 5.6 本章小结111-112
• 参考文献112-113
• 第6章 总结与展望113-116
• 6.1 论文总结113-114
• 6.2 未来工作展望114-116
• 攻读学位期间的科研成果116-117
• 作者简介117

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 ;SYNTHESIS,PHOTOCHROMIC PROPERTIES OF PYRRYL SUBSTITUTED HETEROCYCLIC FULGIDES[J];Chinese Chemical Letters;1993年03期

2 宋玉民;杨美玲;马俊怀;张玉梅;;姜黄素苯胺希夫碱稀土配合物的光致变色性能研究[J];光谱学与光谱分析;2013年12期

3 于联合;明阳福;赵伟利;樊美公;;吡咯取代的杂环俘精酸酐的合成及溶剂对其吸收光谱的影响[J];有机化学;1993年06期

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本文编号：1109678