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激光化学汽相沉积球面微透镜的研究

导读: 本文介绍了一种新颖的利用激光化学汽相沉积(LCVD)球面微透镜的技术。我们建立了一套LcvD的实验装置,用该装置在平面石英玻璃衬底上,成功地沉积生成了平凸型氮化硅球面微透镜。

  本文介绍了一种新颖的利用激光化学汽相沉积(LCVD)球面微透镜的技术。我们建立了一套LcvD的实验装置,用该装置在平面石英玻璃衬底上,成功地沉积生成了平凸型氮化硅球面微透镜。同时,还对沉积成的微透镜的参量进行了测试。在实验中还摸索了LCVD的沉积工艺。实验结果表明,通过控制源气体的化学配比与浓度,调节激光功率与衬底上的聚焦激光光斑尺寸,选择沉积时间,可以获得不同直径、透明、表面光滑的平凸型氮化硅球面微透镜。

  近几年来,由于光纤通信,光计算机,数字光学信息处理、光学集成回路等光电子技术迅速发展,作为微光学领域内的重要元件之一的微透镜,得到广泛的发展与应用。它不仅可用于激光二极管、光纤、光学集成回路之间作为连接器实现有效的光祸合,还可用于光盘或用作激光唱机的拾音透镜以及光纤输出光的准直透镜。若在光纤端面直接沉积微透镜,可大大提高其数值孔径。列阵式微透镜在近距摄象与成象系统中有其重要的应用。

  微透镜一般是指直径小于1毫米或数百微米以下的透镜。常规的切削研磨或模铸技术已不适用于制造微透镜。新近发展的各种制造微透镜的技术有:利用掩模离子交换技术与电迁移技术,在玻璃衬底上制造平面渐变折射率的微透镜列阵;可以利用光解技术在光敏玻璃衬底上制造双凸面微透镜列阵;还可以在玻璃衬底上涂光致抗蚀剂,利用掩模光刻法制造微透镜列阵。但是上述制造微透镜的几种方法,其工艺复杂、工序多、生产周期长、生产成本高。

  最近,发展了利用激光化学汽相沉积(LCVD)技术制造微透镜LCVD作为一种新颖技术在微电子学与微光学领域越来越发挥其重要作用。采用LcvD法制造微透镜,其设备与工艺简单,可一步工序直接沉积生成,且所需时间短,仅约几分钟即可形成微透镜。不仅可沉积生成单一微透镜,也可以沉积生成微透镜列阵,还可以在石英光纤端面直接沉积生成微透镜,这些都显示出它的优越性。

  1原理

  所谓LCvD技术是指在激光诱导下,源气体进行化学反应,其生成物沉积在衬底表面上的技术。由于激光束可以聚焦到其波长级的限制范围,可以形成微区内的沉积。沉积膜的形态不仅与激光束的特性有关,还与汽相化学反应的机理,沉积率与衬底温度的关系以及衬底温度的分布等有关。

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