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電系統(tǒng)的器件，具有調(diào)制精度高、運行速度快、能經(jīng)受較高光強等優(yōu)點，很適合作為激光掃描系統(tǒng)控制器件。目前國外已經(jīng)成功將該技術(shù)應(yīng)用在照排機和直接制版機上，并占領(lǐng)了該類產(chǎn)品的高端市場，但是國內(nèi)的發(fā)展仍然處于初始階段，目前還沒有實際產(chǎn)品出現(xiàn)。
　　 本論文在國內(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，開創(chuàng)性地的設(shè)計了光柵光閥結(jié)構(gòu)，研究了光柵光閥的制造工藝，并通過微加工制造工藝得到了光柵光閥樣品，填補了國內(nèi)該領(lǐng)

2、域的空白，對于提升國內(nèi)企業(yè)在該領(lǐng)域高端產(chǎn)品的競爭力具有重要意義。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)致光點分離的問題，而且有效增大了焦深，減小了曝光時對膠片位置的要求，在激光掃描系統(tǒng)中具有很高的實用價值。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)計的光柵光閻

3、器件。與國外現(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)時間短、動態(tài)范圍大、驅(qū)動電壓低等優(yōu)點。
　　 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微米，因此對器件的加工制作工藝有很高的要求。光刻選用AZA620正光刻膠，通過大量實驗數(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程中導(dǎo)致器件失效的黏附現(xiàn)象，根據(jù)現(xiàn)有的實驗條件給出了利用丙酮或者乙醇溶液浸泡的方法達到減小表面張力的目的來解決

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，通過現(xiàn)有的實驗設(shè)備進行衍射性能和動態(tài)性能測試。衍射性能測試得到的數(shù)據(jù)與理論分析結(jié)果相吻合，但是數(shù)值上存在偏差。測試得到的零級衍射光強范圍從理論值的28％到80％，一級衍射光強范圍從32％到78％，并且達到光強最大值和最小值的電壓均小于理論的電壓值。分析實驗誤差產(chǎn)生的原因是光柵光閥器件實際制作過程中結(jié)構(gòu)尺寸與設(shè)計尺寸之間的偏差。動態(tài)性能測試得到光柵光閥器

6、件的響應(yīng)時間值，其上升響應(yīng)時間為620μs，下降響應(yīng)時間為500μs，均在毫秒量級之內(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、強光場約束、大波導(dǎo)色散、抗拉強度高和易于彎曲等。標(biāo)準(zhǔn)光纖進行排列時，由于其構(gòu)造決定了即使采用無縫密排的方法也會導(dǎo)致輸出光點的分離，出現(xiàn)掃描黑區(qū)，而且有成

7、像膠片焦深過短不易對準(zhǔn)的缺點；采用微光纖進行密排，可以解決輸出光點分離的問題，并且增大焦深距離，減小曝光時對膠片位置的要求，給實際對準(zhǔn)操作帶來方便。通過實驗研究，制作出帶有V型槽的硅基底，并對拉制成的微光纖進行密排操作，得到輸出光點。該輸出光點效果與標(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。
　　 最后對本論文的工作進行了總結(jié)，指出了存在的不足和