激光蚀刻原理课件

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,单击此处编辑母版标题样式,Anhui Rich Optoelectronics Tech,.,CO.,LTD,安徽锐富光电科技有限公司,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,Anhui Rich Optoelectronics Tech,.,CO.,LTD,安徽锐富光电科技有限公司,激光刻蚀原理,激光刻蚀原理,目录,一：激光产生原理,二：激光刻蚀原理,目录一：激光产生原理,激光产生原理,1.,激光定义：,激光的最初的中文名叫做“镭射”、“莱塞”，是它的英文名称,LASER,的音译，是取自英文,Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation,的各单词头一个字母组成的缩写词。意思是,“,通过受激发射光扩大,”,。激光的英文全名已经完全表达了制造激光的主要过程。,1964,年按照我国著名科学家钱学森建议将“光受激发射”改称“激光”,。,2.,激光发展史：,1960,年,7,月,7,日，梅曼宣布世界上第一台激光器由诞生，梅曼的方案是，利用一个高强闪光灯管，来刺激红宝石。由于红宝石其实在物理上只是一种掺有铬原子的刚玉，所以当红宝石受到刺激时，就会发出一种红光。在一块表面镀上反光镜的红宝石的表面钻一个孔，使红光可以从这个孔溢出，从而产生一条相当集中的纤细红色光柱，当它射向某一点时，可使其达到比太阳表面还高的温度。,激光产生原理1.激光定义：,原子结构模型,原子结构模型,3.,激光产生理论介绍,3-1,激光在产生过程中始终伴随着以下三种状态：,a.,受激吸收（简称吸收）：处于较低能级的粒子在受到外界的激发，吸收了能量时，跃迁到,与此能量相对应的较高能级。,受激吸收跃迁,E2,E1,E2,E1,入射光子,b.,自发辐射：粒子受到激发而进入的激发态，不是粒子的稳定状态，如存在着可以接纳粒子,的较低能级，即使没有外界作用，粒子也有一定的概率，自发地从高能级激发态（,E2,）向,低能级基态（,E1,）跃迁，同时辐射出能量为（,E2-E1,）的光子。,E2,E1,E2,E1,自发辐射光子,自发辐射跃迁,3.激光产生理论介绍受激吸收跃迁E2E1E2E1入射光子,c.,受激辐射（激光）,:,当频率为,=,（,E2-E1,）,/h,的光子入射时，会引发粒子以一定的概率，迅,速地从能级,E2,跃迁到能级,E1,，同时辐射一个与外来光子频率、相位、偏振态以及传播方向都,相同的光子。,E2,E1,E2,E1,入射光子,受激辐射光子,入射光子,受激辐射跃迁,3-2,粒子数反转,要想使受激辐射占优势，必须使处在高能级,E2,的粒子数大于处在低能级,E1,的 粒子数，这种,分布正好与平衡态时的粒子分布相反，称为粒子数反转分布，简称粒子数反转，实现粒子数反,转是产生激光的必要条件。,c.受激辐射（激光）:当频率为=（E2-E1）/h的光,激光蚀刻原理课件,4.,晶体腔：工作物质，谐振腔，激发源,工作物质：使受激辐射成为介质中的主导过程，必要条件是在介质中造成离子数反转分布，即使介质激活。例如：,掺钕钇铝石榴石,（,Nd:YAG,）,YAG,激光晶体。,谐振腔：加强介质中的受激辐射，通常由两块与工作介质轴线垂直的平面或凹球面反射镜构成。工作介质实现了粒子数反转后就能产生光放大。谐振腔的作用是选择频率一定、方向一致的光作最优先的放大，把其它频率和方向的光加以抑制。,激发源：要是工作物质成为激活态，需要外界激励作用。一般有光泵式，电激励式，化学式。,工作介质（,YAG,晶体）,光源泵,电源,全反射镜,半反射镜,激光束,4.晶体腔：工作物质，谐振腔，激发源工作介质（YAG晶体）光,处于粒子数反转状态的粒子体系（工作物质）。具有特定频率的光进行放大。激光振荡器中工作物质发出的光不是外来的，而是工作物质本身自发跃迁而产生的，即自发辐射（非受激辐射）。由于自发辐射没有确定的频率及传播方向，且杂乱无章。为使自发辐射频率单一性，就需要有一装置来实现，即光学谐振腔。,要解决自发辐射，使其呈单一性的方法是只有在工作物质的两侧放置两块反射镜。而且两块反射镜必须彼此平行，并与工作物质的光轴垂直（见图24）。两个反射镜中，一个是全反射镜，反射有效率为99.8，一个是半反射镜。反射率为4060。谐振腔即指两块反射镜构成的空间。在谐振腔中，初始的光辐射是来自自发辐射，即处于高能级上粒子自发辐射光子跃迁到低能级。由于这类辐射出来的光子初相位无规律地向四面八方射出。这种光不是激光。而是像点烯的一个火种尤如生炉子点火一样。,处于粒子数反转状态的粒子体系（工作物质）。具有特定频率的光进,自发辐射光子不断产生，同时射向工作物质，再激发工作物质产生很多新光子（受激辐射）。光子在传播中一部分射到反射镜上，另一部分则通过侧面的透明物质跑掉。光在反射镜的作用下又回到工作物质中，再激发高能级上的粒子向低能级跃迁，而产生新的光子。在这些光子中，不在沿谐振腔轴方向运动的光子。就不与腔内的物质作用。沿轴方向运动的光子，经过谐振腔中的两个反射镜多次反射，使受激辐射的强度越来越强。促使高能级上的粒子不断地发出光来。如果光放大到超过光损耗时（衍射、吸收、散射等损失）产生光的振荡，使积累在沿轴方向的光，从部分反射镜中射出这就形成激光。,在谐振腔的反馈过程中，我们了解到光只能沿谐振腔的轴向传播，因此激光具有很高的方向性。又由于谐振腔中两个反射镜之间距离不同，光在腔内不断地反射，得到加强。而其它波长的光在腔内很快被衰减掉，谐振腔就可以选择一固定波长，说明激光具有单色性。而激光的亮度高是由光放大产生的。,自发辐射光子不断产生，同时射向工作物质，再激发工作物质产生很,激励能源,工作物质,全反射镜,部分反射镜,激光的产生过程可归纳为：,激光产生,工作物质,光子放大及振荡,其它粒子的受激辐射,偶然的自发辐射,粒子数反转,外界激励,光学谐振腔,激励能源工作物质全反射镜部分反射镜激光的产生过程可归纳为：激,固体工作物质：掺钕钇铝石榴石（Nd：YAG）；红宝石；钕玻璃；,气体工作物质：,CO2,分子气体；,He-Ne,原子气体；氩离子气体；,半导体工作物质：砷化镓,工作物质,被激励后能发生粒子数反转的,活性,物质,激励装置,能使激活介质发生粒子数反转分布的能源,光激励：用脉冲光源来照射工作介质（闪光灯、LD）；,电激励：用气体放电的办法来利用具有动能的电子去激发介质原子；,化学激励：应用化学反应方法；,热激励：超音速绝热膨胀法；,注入式激励：采用向半导体物质注入大电流的方法。,固体工作物质：掺钕钇铝石榴石（Nd：YAG）；红宝石；钕玻璃,激光器内部机构（,P4,）,晶体腔：产生最原始的激光（包含,YAG,晶体，,LED,光源，电源）；,全反光镜：使光完全反射回去，增大光强度；,半反射镜：反射,75%,的光，只有满足一定直线性，能量和波长的光才能通过，,大约,25%,；,Q-Switch,：分,X,轴和,Y,轴，控制激光输出能量，得到能量较强，持续时间较长的光束；,功率计：量测输出的激光能量大小；,Shutter,：控制激光输出的一个开关。,全反光镜,反光镜：（越,75%,）,Q-Switch,晶体腔,功率计,Shutter,接光纤,激光器外形,激光器内部机构（P4）晶体腔：产生最原始的激光（包含YAG晶,激光器内部分解图（,P4,）,Q-Switch,晶体腔,半反镜,光纤耦合器,激光器内部分解图（P4）Q-Switch晶体腔半反镜光纤耦合,激光蚀刻原理课件,激光刻蚀原理,以,P1,为例,激光刻蚀原理以P1为例,通过对激光器在不同功率和速度下所达到的刻蚀效果开展研究,探索激光刻蚀最佳工艺,并通过测试刻蚀前后玻璃的外观、力学、光学特性变化确定激光刻蚀对玻璃的影响,进而探讨激光刻蚀技术在IT O 薄膜玻璃中的应用。,通过对激光器在不同功率和速度下所达到的刻蚀效果开展研究,探,激光蚀刻原理课件,激光刻蚀的原理是:,当激光光束聚焦于几十个微米的目标物上时,光电或者光热作用引发一系列的化学,键断裂,发生的时间顺序随着材料的不同而不同。吸收性能较小的材料需要更多的幅照时间,在这段时间内材料接收了所传导的热能,材料受压、熔化,材料重新固化或者表面材料蒸发,或者在碳化之前燃烧。对于吸收性能较好的材料,材料的蒸发或者粒子的烧蚀会在很短的时间内发生。在极端的情形下,发生了爆炸性的相位改变和形成了蒸发材料的冲击波。激光刻蚀薄膜就是选择一个激光波长,在这个波长上使被刻蚀的薄膜材料有最大的吸收率,而薄膜衬底有较大的透过率和反射率。在薄膜厚度一定的情况下,激光器的工作功率与刻蚀速度是刻蚀薄膜过程中的关键控制参数。,激光刻蚀的原理是:,激光蚀刻原理课件,谢谢！,谢谢！,