本文選題：飛秒激光 + 硅晶片燒蝕��； 參考：《應用光學》2017年05期

【摘要】：為確定飛秒激光光束對微尺度結(jié)構(gòu)的燒蝕深度,研究了給定功率條件下對應的激光束有效燒蝕焦距。提出采用激光焦點處獲得的燒痕陣列圖像及在離焦狀態(tài)下提取燒痕圖像特征,通過分析圖像特征與離焦距離,獲得激光束有效燒蝕焦距范圍的方法。在激光束焦點附近的硅晶片表面燒蝕出斑痕陣列,向下逐漸減小焦距,采集硅晶片斑痕圖像,提取斑痕平均像素面積及斑痕目標與背景之間的R分量灰度差,獲得斑痕像素面積及灰度差隨激光束焦距變化的曲線;向上逐漸增大焦距,提取并獲得斑痕像素面積及灰度差隨激光束焦距變化的曲線。結(jié)合激光束向下離焦閾值(633μm)及向上離焦閾值(993μm),確定20mW輸出功率條件下,飛秒激光在硅晶片材料表面的有效燒蝕深度為360μm。采用中位值方法確定了激光束在硅晶片表面聚焦時的焦距為0.823mm。實驗表明,激光燒蝕斑痕像素面積及灰度差與激光束焦距之間的關(guān)系能夠客觀地反映激光束有效燒蝕焦距的變化范圍。
[Abstract]:In order to determine the ablation depth of femtosecond laser beams on microstructures, the effective ablation focal length of laser beams under given power conditions is studied. A method is proposed to obtain the effective ablation focal length range by analyzing the image features and the defocus distance by using the laser focus array images and extracting the image features in the defocus state. The speckle array is ablated on the surface of the silicon wafer near the focus of the laser beam, and the focal length is gradually reduced down. The average pixel area of the speckle and the R component gray difference between the speckle target and the background are extracted by collecting the speckle image of the silicon chip. The curve of speckle pixel area and grayscale difference changing with laser beam focal length is obtained, and the curve of speckle pixel area and gray difference changing with laser beam focal length is obtained. The effective ablation depth of femtosecond laser on the surface of silicon wafer is determined to be 360 渭 m under the condition of 20mW output power combined with the downward defocusing threshold of 633 渭 m and the upward defocusing threshold of 993 渭 m. The focal length of the laser beam focusing on the silicon wafer surface is determined to be 0.823 mm. by the neutral value method. The experimental results show that the relationship between the pixel area and gray level difference of laser ablation mark and the focal length of laser beam can objectively reflect the range of effective ablation focal length of laser beam.
【作者單位】： 華北理工大學電氣工程學院;卡爾加里大學機械及制造工程系;北京科技大學自動化學院;
【基金】：國家自然科學基金(71601039)
【分類號】：TN249;TN304.12

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本文編號：1799060