微尺度光柵的激光制備方法研究及應(yīng)用.pdf

1、隨著微機(jī)電系統(tǒng)的發(fā)展應(yīng)用，微觀力學(xué)的研究日益成為熱點(diǎn)。光測力學(xué)測量方法具有非接觸、全場性、高精度等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用到不同領(lǐng)域的材料和結(jié)構(gòu)的變形測量中。光柵作為變形測量中重要的傳感元件，它的制備一直備受關(guān)注。因此，如何準(zhǔn)確定位到測量區(qū)域并快捷地制備光柵成為了重要的問題。不同的制柵方法有不同的優(yōu)點(diǎn)和局限性。激光具有非常高的瞬時(shí)功率，熱影響區(qū)小，具有很高的微加工質(zhì)量和精度。同其他制作光柵方法相比，激光刻蝕省去了制作模板與顯影等工序，可以直接刻

2、蝕，制作面積可調(diào)節(jié)，且定位準(zhǔn)確。
　　本論文分別采用納秒激光和飛秒激光，系統(tǒng)的研究了微尺度光柵制備方法。主要研究內(nèi)容如下：
　　(1)研究了基于光柵的幾何相位法( GPA)和掃描電子顯微鏡(SEM)云紋法，用于不同頻率與面積的光柵結(jié)構(gòu)表征。推導(dǎo)并模擬驗(yàn)證了基于相位的二維傅立葉變換的光柵頻率表征方法。建立了SEM云紋法中放大倍數(shù)和參考柵頻率的關(guān)系。
　　(2)研究了納秒激光制作微尺度光柵方法。從基本的刻蝕線段入手，對比分

3、析了不同材料的加工情況，得出不同材料的能量密度閾值。提出了先鍍膜再進(jìn)行刻蝕光柵的加工工藝，解決了激光對材料的選擇性問題。通過光柵的高斯能量與距離的關(guān)系，進(jìn)一步分析了納秒激光制作光柵的過程。在鋁膜上制作出了頻率為10線/mm的水平和正交光柵，光柵結(jié)構(gòu)規(guī)則，節(jié)距穩(wěn)定，可用于光學(xué)測量。
　　(3)研究了飛秒激光制作微尺度光柵方法。采用飛秒激光刻蝕系統(tǒng)，在石英玻璃試件表面刻蝕光柵。研究了飛秒激光刻蝕點(diǎn)和線段的基礎(chǔ)參數(shù)，分別刻蝕出直徑為1?