纳结构的连续激光复合微纳探针刻划加工

程柏; 韩冰; 谷立山; 陈晓苹; 杨立军

doi:10.3788/OPE.20152307.2043

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纳结构的连续激光复合微纳探针刻划加工

微纳技术与精密机械 | 更新时间：2020-08-12

- 纳结构的连续激光复合微纳探针刻划加工
- Nanostructure machining by AFM probe combined with continuous laser
- 光学精密工程 2015年23卷第7期页码：2043-2050
- 作者机构：
  
  1. 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春,中国,130033
  2. 哈尔滨工业大学机电工程学院,黑龙江哈尔滨,150001
- 作者简介：
  
  [ "程柏(1989-),男,吉林长春人,硕士,研究实习员,2012年、2014年于哈尔滨工业大学分别获得学士、硕士学位,主要从事光学检测与光机结构设计以及微纳加工方面的研究。E-mail:chengbaiidx@163.com" ]
  [ "韩冰(1981-),男,吉林长春人,副研究员,2004年于吉林大学获得学士学位,主要从事光机结构设计及光学系统像质评价方面的工作。E-mail:hanbing@ciomp.ac.cn" ]
  [ "谷立山(1958-),男,吉林长春人,高级工程师,副研究员,主要从事光学检测及检测技术方面的研究。E-mail:1586205435@qq.com" ]
  [ "陈晓苹(1983-),女,吉林长春人,助理研究员,2006年于长春理工大学获得学士学位,2011年于中国科学院长春光学精密机械与物理研究所获得博士学位,主要从事光学检测技术以及大口径光学元件表面强化技术的研究。E-mail:chenxiaoping0605@163.com" ]
  [ "杨立军(1972-),男,黑龙江哈尔滨人,博士,副教授,博士生导师,1995年于辽宁工学院获得学士学位,2007年于哈尔滨工业大学获得博士学位,现为哈尔滨工业大学机电工程学院航空宇航制造工程系党支部书记,主要从事激光微纳制造、激光复合加工、激光加工、光机电一体化装备研制的研究工作。E-mail:yljtj@hit.edu.cn" ]
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(No. 90923041)();国家自然科学基金面上项目(No. 51275122)()
- DOI：10.3788/OPE.20152307.2043
  中图分类号： TN249;TN305.7
- 收稿日期：2014-12-19，
  
  修回日期：2015-02-12，
  
  纸质出版日期：2015-07-25
- 稿件说明：
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程柏, 韩冰, 谷立山等. 纳结构的连续激光复合微纳探针刻划加工[J]. 光学精密工程, 2015,23(7): 2043-2050

CHENG Bai, HAN Bing, GU Li-shan etc. Nanostructure machining by AFM probe combined with continuous laser[J]. Editorial Office of Optics and Precision Engineering, 2015,23(7): 2043-2050
程柏, 韩冰, 谷立山等. 纳结构的连续激光复合微纳探针刻划加工[J]. 光学精密工程, 2015,23(7): 2043-2050 DOI： 10.3788/OPE.20152307.2043.

CHENG Bai, HAN Bing, GU Li-shan etc. Nanostructure machining by AFM probe combined with continuous laser[J]. Editorial Office of Optics and Precision Engineering, 2015,23(7): 2043-2050 DOI： 10.3788/OPE.20152307.2043.

摘要

为了加工形貌稳定且尺寸尽可能小的纳结构

建立了一套连续激光复合微纳探针的加工系统

并研究了光纤探针导光的连续激光辐照微纳探针的近场增强效应以及该系统的加工性能。首先

根据表面等离子体激元理论仿真分析了激光辐照原子力显微镜(AFM)探针的近场增强因子

并研究了微纳探针的针尖温度场和针尖热膨胀。接着

搭建了基于光纤探针导光的连续激光复合微纳探针的纳结构加工系统。最后

对聚乙烯片状材料样品进行了纳结构加工。结果显示:加工得到的纳米点尺度为200 nm左右;纳米线的尺度为30~40 nm。结果表明:光纤探针导光连续激光复合微纳探针系统避免了复杂的空间光路结构

是一种成本低廉

结构简单的系统

能够实现纳结构的加工。

Abstract

To obtain the nanostructure with stable morphology and a smallest possible size

a nanostructure machining system is established by an Atomic Force Microscopic(AFM) probe combined with a continuous laser. With this method

the study focuses on the near-field enhancement theoretical analysis and simulation when the continuous laser irradiates the AFM probe and the machining performance of this system. Firstly

based on the mechanism of surface plasmon(SP)

the Factor of Enhancement Field(FEF)

temperature field and the thermal expansion on the probe tip are researched. A nanostructure machining system is set up based on the optical fiber probe to guide the laser to irradiate on the AFM probe. At last

the polyethylene(PE) is chosen as a sample to do the experiment. Experimental results indicate that the size of the processed nanodot is about 200 nm and that of the nanowire is about 30-40 nm. This method shows the proposed probe has simple-structure and inexpensive-cost and could achieve nanostructure machining.

关键词

Keywords

references

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