刘洋 1,2,3朱香平 1,2,3靳川 1,2,3张笑墨 1,2,3赵卫 1,2,3,*
1 中国科学院西安光学精密机械研究所,西安 710119
2 瞬态光学与光子技术国家重点实验室,西安 710119
3 中国科学院大学,北京 100049
采用钛蓝宝石飞秒激光加工系统在融石英表面诱导表面周期性微纳结构,研究了激光诱导表面周期结构的形成过程以及激光能量密度、脉冲数、光斑大小和脉冲的空间间隔对融石英表面激光诱导表面周期结构的形貌的影响。实验结果表明,飞秒激光在融石英表面可以诱导出周期性的亚波长结构,主要以垂直于激光偏振方向的光栅状结构为主,其周期在百纳米量级且具有更好的可复现性。在激光光斑控制在1 μm附近时,所得到的形貌具有较高的规则性。根据实验结果设计了聚焦高斯光斑低通量的加工方式。所制备的光栅结构具有200~300 nm的周期,平均深度约为300 nm。
飞秒激光加工 表面形貌 亚波长结构 融石英 周期性结构 Femtosecond laser processing Surface morphology Subwavelength structures Fused silica Periodic structure
1 中国科学院西安光学精密研究所 瞬态光学与光子技术国家重点实验室,西安 710119
2 中国科学院大学,北京 100049
3 西安中科原子精密制造科技有限公司,西安 710110
基于原子层沉积技术提出了一种TiO2∶Al2O3纳米复合薄膜作为微通道板导电层材料。根据微通道板的规格参数以及体电阻要求,推导出微通道板导电层薄膜的方块电阻范围为1.73×1013~5.20×1013 Ω/□;研究了TiO2循环百分比与TiO2∶Al2O3纳米复合薄膜方块电阻之间的关系,发现当TiO2循环百分比在30.27%~37.06%时复合薄膜电阻率满足微通道板导电层要求;设计制备了20 nm的Al2O3过渡层以及100 nm的TiO2∶Al2O3纳米复合薄膜,测量厚度约为122 nm,且薄膜表面平整光滑,实现了微通道板微孔内壁TiO2∶Al2O3纳米复合薄膜导电层的制备。在1 000 V测试电压下,其体电阻为212.81 MΩ,增益为18 357,表明TiO2∶Al2O3纳米复合薄膜作为微通道板导电层具有可行性。
原子层沉积 微通道板 二氧化钛 氧化铝 导电层 Atomic layer deposition Microchannel plate TiO2 Al2O3 Conductive layer
1 中国科学院西安光学精密机械研究所 瞬态光学与光子技术国家重点实验室,西安 710119
2 中国科学院大学,北京 100049
3 西安中科原子精密制造科技有限公司,西安 710110
在250 ℃的低温下,以三甲基镓、四(二甲氨基)钛为前躯体源,O3为反应气体,采用热原子层沉积制备了Ti掺杂Ga2O3(TGO)薄膜。Ga2O3和TiO2的生长速率分别为0.037 nm/cycle和0.08 nm/cycle,TGO薄膜厚度低于理论计算值。X射线光电子能谱仪测试结果表明膜中Ti浓度随Ga2O3/TiO2循环比减少而增加,O 1s、Ga 2p和Ti 2p的峰位置向较低的结合能移动,这是因为Ti原子取代了Ga原子的某些位点引起了结合能降低,表明Ti元素成功掺杂到Ga2O3薄膜中。TiO2和Ga2O3的芯能级光谱分析表明薄膜中存有Ti4+和Ga3+离子。TGO薄膜的O 1s芯能级光谱中Ga-O键随着Ti-O键含量增加而下降,表明TGO薄膜中形成Ga2O3-TiO2复合材料。掠入射X射线衍射图中没有出现衍射峰,表明沉积的Ga2O3和TGO薄膜为非晶态。原子力显微镜观察到薄膜表面平整光滑,均方根粗糙度为0.377 nm,这得益于原子层沉积逐层生长的优势。TGO薄膜在可见光区表现出较高的透明度,对紫外光强烈吸收。随着Ti掺杂浓度的增加,TGO薄膜的折射率由于化学变化从1.75增加到1.99,紫外光区消光系数增大引起透过率减小,吸收边缘出现了红移,光学带隙从4.9 eV减小到4.3 eV。分光光度法和X射线光电子能谱法测定薄膜光学带隙所得的结果一致。
氧化镓薄膜 Ti掺杂Ga2O3薄膜 热原子层沉积 折射率 光学带隙 Gallium oxide thin film Ti-doped Ga2O3 thin films Thermal atomic layer deposition Refractive index Optical band gap
光子学报
2022, 51(10): 1032003
1 中国科学院西安光学精密机械研究所, 瞬态光学与光子技术国家重点实验室, 陕西 西安 710119
3 西北大学化学与材料科学学院, 合成与天然功能分子教育部重点实验室, 陕西 西安 710127
激光诱导击穿光谱(LIBS)作为一种快速、 实时的元素分析技术, 由于其在痕量元素探测、 地质环境监测等领域有着广阔的应用前景, 而受到人们极大的关注。 在实际应用中, 样品表面是影响等离子体产生及其特性的关键环境因素之一。 在大气环境下, 利用脉宽为8 ns、 波长为1 064 nm的纳秒脉冲激光产生等离子体, 对比研究了天然岩石样品在非平坦和平坦表面条件下等离子体的发射光谱。 基于激光辅助辐射波模型, 阐释了非平坦样品表面对其光谱特性的影响。 通过对比等离子体时间积分光谱, 发现非平坦样品的谱线强度相比于平坦样品的谱线强度减弱了近70%, 该结果说明非平坦样品表面对LIBS真实测量数据的负面影响不可忽视。 针对褐铁矿样品中的谱线Fe Ⅰ 404.58 nm和Fe Ⅰ 438.35 nm, 研究了在平坦和非平坦样品表面下的峰值强度以及其衰减因子随激光能量的变化规律, 结果表明非平坦样品表面条件下采集的光谱强度始终低于平坦样品表面的光谱强度。 光谱强度的衰减因子先随激光能量增大而逐渐降低, 并在激光能量33 mJ达到最小值, 后随激光能量的进一步增大而增大。 实验结果进一步表明在非平坦样品表面条件下产生了密度较低的等离子体, 并且非平坦与平坦样品的电子密度的比值在激光能量33 mJ时达到最小, 此结果与光谱强度的衰减因子随激光能量的变化趋势一致, 这是源于非平坦样品表面会形成较大激光入射角度, 使得激光等离子体能量吸收区厚度变薄, 产生等离子体屏蔽效应所对应的激光能量阈值升高。 此外, 样品表面状态和激光能量对等离子体温度的影响甚微。 阐述了非正入射时等离子体特征参数与正入射时等离子体特征参数的联系和差异, 揭示了非平坦样品激光等离子体特征参量变化的内在物理机制, 为室外LIBS探测技术在元素定性和定量分析中光谱强度的校正提供参考。
激光诱导击穿光谱 非平坦样品 原子光谱 等离子体温度 电子密度 Laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) Non-flat sample Atomic lines Plasma temperature Electron density 光谱学与光谱分析
2022, 42(10): 3024
1 中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室,陕西 西安 710119
2 中国科学院大学,北京 100049
3 中国一汽无锡油泵油嘴研究所,江苏 无锡 214063
4 西安中科微精光子制造科技有限公司,陕西 西安 710119
飞秒光纤激光器具有脉宽极短,瞬时功率高,对加工材料无选择性等特点,被广泛应用于精密微孔制造领域。为此,提出了一种高精度轨迹可调光束扫描系统,利用电机控制偏转光楔组和平行平板组相对于激光光轴的角度,再通过聚焦透镜缩小光斑,实现精准控制下飞秒激光的旋转扫描,解决了目前高深径比、倒锥孔加工困难的问题。将该系统应用于汽车喷油嘴油孔加工,实现了加工孔径的孔径为25~800 μm,孔径误差≤±2 μm;在锥度孔加工中可实现微孔锥度-5°~+5°;实现了深径比为20∶1的微孔加工。
光学设计 飞秒激光加工 倒锥孔 高深径比 喷油嘴 激光与光电子学进展
2022, 59(11): 1122002
1 中国科学院西安光学精密机械研究所光子制造系统与应用研究中心,陕西 西安 710119
2 西安中科微精光子制造科技有限公司,陕西 西安 710119
汽车喷油嘴的喷油孔加工一般使用工装夹具进行定位并建立坐标系,工装夹具制造精度和安装误差会导致孔径、孔形以及孔的位置与理论值有较大的偏差,从而影响喷油嘴工作的可靠性,这对柴油机的整体性能、排放指标的稳定性甚至柴油机工作的可靠性产生严重影响。基于此,提出了一种基于多特征点匹配算法的高精度自适应定位技术。通过在真实的燃油喷嘴上测量若干(最少6个)特征点的空间位置,以模型中给出的特征点测量数据为基础,计算实际工件与理论模型在机床坐标系下的精确定位参数,以此计算工件上所有待加工孔的机床参数。实验结果表明,工件定位精度小于等于0.1 mm。该定位技术能有效减小孔加工偏差,是解决燃油喷嘴定位精度的一种有效可行的方案。
测量 激光加工 复杂曲面 多特征点匹配 自适应定位 误差分析 激光与光电子学进展
2022, 59(5): 0512003