《激光蚀刻原理》PPT课件.ppt

激光刻蚀原理 目录 一 激光产生原理二 激光刻蚀原理 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LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation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 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 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 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 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 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 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40 60 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 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 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 激光器内部分解图 P4 Q Switch 晶体腔 半反镜 光纤耦合器 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ITO薄膜玻璃中的应用 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