采用SiO₂/Si构建了可见光波段的分布式布拉格反射镜(DBR),在其中加入SU-8光刻胶制备的中心腔,构成传统的布拉格反射波导(BRW),利用传输矩阵法分析了可见光在分布式布拉格反射镜和布拉格反射波导中的传输情况,并研究了介质折射率比、厚度和周期数等各因素对布拉格反射镜的影响以及SU-8的各参量对光子带隙的影响规律。针对传统布拉格反射波导硬件制备比较困难的问题,在SU-8中引入Si柱超表面,构成新型的布拉格反射波导。通过实验分析了超表面对缺陷模的影响,实验表明超表面具有调控缺陷模波长的作用,且新型布拉格反射波导阵列可完成可见光波段的分光功能,可用于改进光学仪器。

由于SU-8光刻胶的内应力将会影响高深宽比结构的全金属光栅的制作质量, 本文针对近年来SU-8光刻胶应力测量困难的情况, 提出了一种基于激光剪切散斑干涉技术的SU-8光刻胶应变分布测量的新方法。该方法通过对被测胶体加载前后两幅干涉图像的处理, 直接得到被测胶体结构的全场应变分布情况, 由胶体的应变变形数据即可反映出内应力的变化和分布趋势。同时使用ANSYS有限元分析软件对同一被测胶体进行应变仿真模拟研究, 获得胶体结构的变形场仿真数据。组建了实验系统, 进行了实验验证, 结果表明: 实际测量变形量约为1189 μm, 仿真的最大变形量为1088 μm, 测量误差在允许范围内, 且测量的形变趋势与仿真模拟结果相一致, 表明激光剪切散斑干涉技术可应用于SU-8光刻胶的应变分布全场无损检测。

考虑获知SU-8胶的光弹性性能有利于拓展其在微纳米领域中的应用范围, 本文设计了材料应力光学系数显微测量光路, 完成了SU-8胶应力光学系数的测量实验。首先, 基于光弹性原理设计了测量光路, 推导了求解应力光学系数的计算公式; 然后, 根据所设计的光路搭建了应力光学系数显微测量实验装置, 在SU-8胶试样光弹性条纹的单个半级数范围内进行了单向拉伸实验; 最后, 利用Matlab提取实验照片组中光强值信息, 得到了不同拉力下透过SU-8胶试样的单色光光强值, 计算求解出了SU-8胶的应力光学系数。实验结果以及测量公式计算显示, SU-8胶的应力光学系数为(3.007±0.149)×10–11 m2/N, 大于光学玻璃等材料的应力光学系数, 也远大于二氧化硅等MEMS领域常用材料的应力光学系数。实验结果可为以SU-8胶为材料, 通过光弹性原理进行微力测量的微探针、微夹钳等的设计与制作打下基础。

为了使用微流体细胞仪对细胞精确计数, 采用紫外光刻工艺制作了能够真正实现三维聚焦功能的微流体检测芯片(微流控芯片)。使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)进行二次倒模复制其结构以缩短微流控芯片制作周期、降低制作成本, 并进行了芯片的封装与测试。首先, 利用沉浸式光刻技术和斜曝光工艺制作了具有三维聚焦功能的SU-8微流沟道; 然后, 利用PDMS对所制作的SU-8微流沟道进行一次倒模, 得到其负模结构; 对负模结构进行表面处理后, 再进行二次倒模, 得到PDMS微流沟道; 最后, 封装PDMS微流沟道与盖片, 制得微流控芯片, 并对微流控芯片的沟道聚焦效果进行了测试。实验测试发现随着鞘流与样本流流速比不同, 得到样本流的聚焦宽度也不同。当鞘流与样本流流速比为20∶1时, 可以得到约10.4 μm的聚焦宽度。结果表明, 该芯片结构可靠, 可以满足进一步的流体聚焦检测要求。采用该方法制作的微流控芯片具有生产周期短、成本低、效率高和结构可靠的特点。

基于SU-8光刻胶的高深宽比加工技术，设计了对加速度敏感的悬臂梁-质量块结构。理论推导了加速度与SU-8光刻胶悬臂梁-质量块结构的挠度、法布里-珀罗（F-P）腔的干涉光强之间的关系，得到了简化的计算公式，并讨论了传感器灵敏度和固有频率等主要影响因素。提出了一种新的“卍”形悬臂梁-质量块结构，分析和确定了传感器结构的各项参数。研究结果表明，“卍”形SU-8光刻胶结构能够得到较高的灵敏度，具有良好的检测模态，仿真结果与理论分析吻合，可以基于法布里珀罗干涉原理实现对加速度的传感。

针对微流体检测对高灵敏度和较大动态测量范围的要求，设计了一种由SU-8光刻胶一体合成的微型法布里珀罗(F-P)干涉剪应力传感器。结构兼具SU-8胶微尺寸材料优越的力学性能和法布里珀罗传感测量高精度和抗干扰性的优点，采用新型组合型浮动块设计，利用圆柱状底座提高对敏感膜形变的感知，提高传感器的结构响应。探讨了提高剪应力灵敏度和线性度的方法，通过CoventorWare软件数值模拟，确定模型的最优参数， 仿真计算得出在0~10 Pa范围内其灵敏度可以达到0.252 nm/Pa(光谱偏移/剪应力)；相比较于传统的设计，在相同的作用下，组合型浮动块的机械位移量增加了约40.85%，提高了敏感元件的灵敏度。仿真结果表明，该模型由于采用一体化材料可以降低工作环境温度对传感器的影响，同时具备可靠的性能，为剪应力传感器设计的改进提出了可行的方案。

首次将超声处理引入UV-LIGA工艺中, 研究了超声处理对SU-8胶模溶胀的影响, 并探讨了其影响机理, 从而获得了减小胶模溶胀及提高电铸微器件尺寸精度的方法。试验研究了超声处理对显影过程及电铸过程中SU-8胶模溶胀的影响, 分析了不同超声时间下SU-8胶表面亲水性的变化趋势, 并计算了不同超声时间下胶模的溶胀去除率。讨论了超声处理对不同结构微器件尺寸精度的影响。试验结果表明: SU-8胶模在显影过程中的溶胀不明显, 并且超声处理对显影过程中胶模的溶胀影响很小, 其主要影响SU-8胶模在电铸过程中的溶胀。随着超声时间的增加, 胶模溶胀及其表面亲水性均呈现先减小后增大的趋势。当超声时间为10 min时, 胶模溶胀最小, 其溶胀去除率α值可高达70%, 并且超声处理后电铸微器件的尺寸误差与结构尺寸无关。根据超声波的机械断键作用与聚合物吸水机理, 从亲水性和内应力两个方面, 探究了SU-8胶模溶胀随超声时间的增加而变化的原因。文中提出的减小SU-8胶溶胀的方法不依赖于工艺参数也不会增加掩模图形设计的复杂性, 是一种实用的减小SU-8胶溶胀的新方法。

针对金属微注塑模具UV-LIGA制作过程中由于SU-8胶内应力过大而引起的胶膜破裂、变形甚至脱落等问题，提出将超声时效技术应用于微注塑模具的制作工艺。首先，利用紫外光刻工艺制备了电铸胶膜，在显影前使用自制的超声时效装置对胶膜进行超声处理。然后，采用无背板生长方法在38CrNiMnMo模具钢基底上直接进行镍金属的电铸生长，讨论并解决了工艺过程中遇到的SU-8胶浮胶变形、非圆形基片的匀胶、胶膜中的气泡以及微电铸层结合不牢等问题。最后，制作出微通道宽度和高度分别为80 μm和35 μm的微注塑模具。实验结果表明，超声时效技术的使用避免了由于SU-8胶内应力过大引起的破裂、变形甚至从基底脱落等缺陷，增强了UV-LIGA技术制作微注塑模具的能力，提高了制作微注塑模具的成功率。

主要提出了一种利用SU-8光刻胶形成高深宽比结构的新型压力传感器。为了解决传统压力传感器测量范围受限的问题，通过特定的结构设计，实现敏感膜形变量与法布里珀罗(F-P)腔长变化量的分离且相关的关系。该传感器基于F-P干涉原理和相位解调理论测量压力。通过仿真逐一确定了结构参数，在半径为1500 μm，厚度为100 μm的硅圆膜上，利用SU-8光刻胶形成一个边长100 μm，高400 μm的位移柱作为压力传感器的主要感应部件，通过敏感膜受力形变带动位移柱倾斜，以此改变F-P腔的腔长。结构模型的灵敏度通过仿真测得为2.606 μm/MPa。以此为指导进行了基本的工艺实验，明确了主要的工艺步骤。

利用聚合物SU-8光刻胶在激光作用下折射率会发生变化的特点，将其作为最后的光学材料，采用光刻胶热熔法和图形转移法，设计并制作了填充因子接近0.75、自写入光波导、六角排列的微透镜阵列。对阵列的表面形态、三维结构和光学性能分别进行了观察、测试与分析，发现用SU-8胶制作的微透镜阵列外观良好，边缘清晰；自写入光波导微透镜阵列的三维结构良好；波导末梢的光点分布均匀，光强一致性高。这种自写入光波导的微透镜阵列降低了透镜阵列与探测阵列精确装配的难度，而且其制作工艺流程简单、成本低廉、适合批量复制，这种阵列元件还有质量轻、体积小的特点，有很广的应用前景。