基于激光掃描系統(tǒng)的光柵光閥研究.pdf

1、光柵光閥是一種基于微光機(jī)電系統(tǒng)的器件，具有調(diào)制精度高、運(yùn)行速度快、能經(jīng)受較高光強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，很適合作為激光掃描系統(tǒng)控制器件。目前國(guó)外已經(jīng)成功將該技術(shù)應(yīng)用在照排機(jī)和直接制版機(jī)上，并占領(lǐng)了該類產(chǎn)品的高端市場(chǎng)，但是國(guó)內(nèi)的發(fā)展仍然處于初始階段，目前還沒(méi)有實(shí)際產(chǎn)品出現(xiàn)。
　　 本論文在國(guó)內(nèi)首次提出了將光柵光閥應(yīng)用于激光掃描系統(tǒng)的構(gòu)想，開(kāi)創(chuàng)性地的設(shè)計(jì)了光柵光閥結(jié)構(gòu)，研究了光柵光閥的制造工藝，并通過(guò)微加工制造工藝得到了光柵光閥樣品，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)該領(lǐng)

2、域的空白，對(duì)于提升國(guó)內(nèi)企業(yè)在該領(lǐng)域高端產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力具有重要意義。此外論文還提出了一種用于多路激光掃描系統(tǒng)的微光纖密排技術(shù)，該技術(shù)不但解決了多路掃描系統(tǒng)中普通光纖密排導(dǎo)致光點(diǎn)分離的問(wèn)題，而且有效增大了焦深，減小了曝光時(shí)對(duì)膠片位置的要求，在激光掃描系統(tǒng)中具有很高的實(shí)用價(jià)值。本論文的具體研究包括以下內(nèi)容：
　　 1．介紹了光柵光閥器件的工作原理以及不同發(fā)展階段的不同結(jié)構(gòu)特征，分析了光柵光閥工作效率的影響因素，并提出了自主設(shè)計(jì)的光柵光閻

3、器件。與國(guó)外現(xiàn)有的光柵光閥器件不同，該光柵光閥結(jié)構(gòu)中可動(dòng)光柵和固定光柵初始狀態(tài)下不在同一水平面上，采用不同的材料分步制作完成，因此該光柵光閥器件不僅具有更簡(jiǎn)單的制作工藝，更低的加工難度，還有效地減小了工作區(qū)域黑區(qū)的范圍，提高了衍射效率，是一種結(jié)構(gòu)新穎的光柵光閥器件，具有響應(yīng)時(shí)間短、動(dòng)態(tài)范圍大、驅(qū)動(dòng)電壓低等優(yōu)點(diǎn)。
　　 2．研究了光柵光閥器件的加工制造技術(shù)，包括光刻和刻蝕等，并解決了光柵光閥器件制作工藝中的關(guān)鍵問(wèn)題。本研究涉及的光

4、柵光閥器件工作區(qū)域的光柵線條尺寸僅有幾個(gè)微米，因此對(duì)器件的加工制作工藝有很高的要求。光刻選用AZA620正光刻膠，通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析得到了合理的光刻工藝參數(shù)，保證了很高的光刻膠表面平整性和光刻膠與基片之間很強(qiáng)的附著性。采用反應(yīng)離子束刻蝕方法作為干法刻蝕方法，并得到了化學(xué)腐蝕中腐蝕液的合理配比方案。此外還分析了光柵光閥器件制作過(guò)程中導(dǎo)致器件失效的黏附現(xiàn)象，根據(jù)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件給出了利用丙酮或者乙醇溶液浸泡的方法達(dá)到減小表面張力的目的來(lái)解決

5、黏附現(xiàn)象。
　　 3．基于上述的微加工工藝研究，完成了光柵光閥器件的樣品制作，通過(guò)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行衍射性能和動(dòng)態(tài)性能測(cè)試。衍射性能測(cè)試得到的數(shù)據(jù)與理論分析結(jié)果相吻合，但是數(shù)值上存在偏差。測(cè)試得到的零級(jí)衍射光強(qiáng)范圍從理論值的28％到80％，一級(jí)衍射光強(qiáng)范圍從32％到78％，并且達(dá)到光強(qiáng)最大值和最小值的電壓均小于理論的電壓值。分析實(shí)驗(yàn)誤差產(chǎn)生的原因是光柵光閥器件實(shí)際制作過(guò)程中結(jié)構(gòu)尺寸與設(shè)計(jì)尺寸之間的偏差。動(dòng)態(tài)性能測(cè)試得到光柵光閥器

6、件的響應(yīng)時(shí)間值，其上升響應(yīng)時(shí)間為620μs，下降響應(yīng)時(shí)間為500μs，均在毫秒量級(jí)之內(nèi)，與理論分析所得相符。
　　 4．研究了一種用在激光掃描系統(tǒng)中的微光纖密排技術(shù)．通過(guò)高溫拉制的方法得到包層直徑為5—10μm的微光纖，該微光纖擁有標(biāo)準(zhǔn)光纖不具備的一些優(yōu)良傳輸特性，如低光學(xué)損耗、強(qiáng)光場(chǎng)約束、大波導(dǎo)色散、抗拉強(qiáng)度高和易于彎曲等。標(biāo)準(zhǔn)光纖進(jìn)行排列時(shí)，由于其構(gòu)造決定了即使采用無(wú)縫密排的方法也會(huì)導(dǎo)致輸出光點(diǎn)的分離，出現(xiàn)掃描黑區(qū)，而且有成

7、像膠片焦深過(guò)短不易對(duì)準(zhǔn)的缺點(diǎn)；采用微光纖進(jìn)行密排，可以解決輸出光點(diǎn)分離的問(wèn)題，并且增大焦深距離，減小曝光時(shí)對(duì)膠片位置的要求，給實(shí)際對(duì)準(zhǔn)操作帶來(lái)方便。通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究，制作出帶有V型槽的硅基底，并對(duì)拉制成的微光纖進(jìn)行密排操作，得到輸出光點(diǎn)。該輸出光點(diǎn)效果與標(biāo)準(zhǔn)光纖密排相比有很大的改善，但與微光纖密排的理想狀態(tài)還有一定的差距，其光纖拉制工藝和V型槽制作工藝是減小誤差的主要研究方向。
　　 最后對(duì)本論文的工作進(jìn)行了總結(jié)，指出了存在的不足和