微納光纖直寫技術(shù)研究.pdf

1、本論文在國(guó)內(nèi)外首次提出了利用微納光纖進(jìn)行微觸式直寫曝光的新技術(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，微納光纖直寫的分辨率可達(dá)350nm，如果是在不充分曝光的情況下，線寬則可達(dá)100nm，小于曝光波長(zhǎng)(442nm)的四分之一。
　　 直接寫入技術(shù)是無(wú)掩模的表面微納結(jié)構(gòu)制造方法。目前，開發(fā)分辨率更高、工藝更簡(jiǎn)單、性價(jià)比更高的直寫新技術(shù)是亟待解決的問(wèn)題。微納光纖具有極強(qiáng)的光場(chǎng)約束、低的傳輸損耗、高比例的倏逝場(chǎng)分量、場(chǎng)增強(qiáng)作用等特點(diǎn)，近年來(lái)在科研領(lǐng)域引起了廣

2、泛關(guān)注，而它的這些特點(diǎn)對(duì)直寫曝光都是非常有利的。首先，極強(qiáng)的光場(chǎng)約束有利于提高曝光分辨率；其次，低傳輸損耗和場(chǎng)增強(qiáng)作用保證了曝光的光能量；第三，高比例的倏逝場(chǎng)分量可以很容易地被禍合到光刻膠層中．基于這些特點(diǎn)，本論文提出了一種利用微納光纖進(jìn)行直寫曝光的新技術(shù)，微納光纖通過(guò)微接觸將光能量導(dǎo)入到光刻膠層中，這就類似于一個(gè)裝滿墨水的鋼筆在紙上寫字。本文提到的直寫用微納光纖與傳統(tǒng)的微納光纖是有區(qū)別的，傳統(tǒng)微納光纖一般被用來(lái)制作諸如光纖光柵、Mac

3、h-Zehnder干涉儀、濾波器、環(huán)形諧振腔、結(jié)形激光器等微納光子器件，它們都是利用了微納光纖的波導(dǎo)特性，而直寫用微納光纖是一種截?cái)嗍降奈⒓{光纖，它利用了微納光纖輸出端的點(diǎn)光源特性。另外，直寫用微納光纖與傳統(tǒng)的用來(lái)做傳感、濾波、光鑷等的光纖探針也是不同的，直寫用微納光纖的錐角非常小，它的直徑是逐漸過(guò)渡到亞微米量級(jí)的。
　　 本論文詳細(xì)展示了這一利用微納光纖點(diǎn)光源特性和微接觸模式的直接寫入新技術(shù)。首先，我們展示了微納光纖的傳播特性

4、和端面光場(chǎng)特性，并利用時(shí)域有限差分(FDTD)方法分析了微納光纖直寫模型的光場(chǎng)分布。其次，我們?cè)敿?xì)說(shuō)明了微納光纖直寫的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、工藝方法和操作步驟。接著，我們計(jì)算了微納光纖直寫的曝光模型，展示和分析了實(shí)際的直寫實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明微納光纖直寫技術(shù)具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)：分辨率高、寫入范圍大、工藝簡(jiǎn)單以及線寬可控，另外，通過(guò)改變線條的寫入方向還可以制作出結(jié)構(gòu)復(fù)雜的圖形。最后，我們還提出將表面等離子體技術(shù)引入到微納光纖直寫中的新方法，模擬分析表明