面向微光学元件加工的纳米压印设备的优化设计

摘要

随着微光学技术的不断发展和成熟，微光学元件（MOE）制作工艺已经成为其应用领域拓展的重要技术瓶颈之一。纳米压印技术作为 MOE新兴制造工艺，因其能够突破传统微细加工极限分辨率并降低加工成本而备受关注。先进的加工技术离不开先进的设备，因此研制一种性能良好、使用方便、可靠性高的压印设备对于MOE加工技术的发展显得尤为重要。
　　针对课题组前期研发的热压印设备存在的问题及不稳定因素，本文从功能、集成度、整体性能等进行多方面的优化和改进，并对紫外/热压印两用的压印设备进行设计。首先对纳米压印的工艺特点及相关技术国内外发展现状做了综述，再从总体上对紫外/热压印两用设备的结构进行介绍，重点阐述了温度及压力控制系统的设计与实现，最后通过一系列实验验证压印设备的可靠性。
　　本文以纳米压印制作微光学元件的基本原理作为指导，主要进行了以下工作：设计了紫外/热压印两用压印设备系统，研制了基于MSP430F149的集温度控制、压力控制、紫外固化光源控制于一体的硬件控制模块，主要包括温度变送模块的设计、基于PWM控制方式的SSR驱动设计、热电偶温度非线性拟合处理，并分别采用位置式和增量式PID控制算法实现温度和压力的精准控制，成功达到了温度控制系统的设计指标。完成压头定位锁紧、柔性静压执行机构的设计与建模。隔热材料的选取及紫外固化光源的系统设计。并在 LABVIEW开发环境下编写了上位机软件，完成了串口通信、温度、压力实时采集与显示、PID算法子程序等系统软件的开发。
　　论文最后对系统的各个功能模块进行了性能测试和实验分析，主要包括温度控制对比、控制精度、升温速度、长期稳定性实验；并对于压力执行机构的稳定性和控制精度进行测试；以 PMMA和非晶态金属合金为加工材料进行了为光学元件复制实验，实验效果良好，针对不同的加工材料均可得到完整、均匀的压印结果。

目录

面向微光学元件加工的纳米压印设备的优化设计

NANOIMPRINT LITHOGRAPHY DEVICEOPTIMIZED DESIGN FOR PRODUCTION OFMICRO OPTICAL ELEMENTS

摘 要

Abstract

目 录

第1 章 绪论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 纳米压印工艺简介

1.3 国内外相关研究的发展现状

1.4 本文的主要研究内容

第2 章 纳米压印设备的总体结构及性能指标

2.1 纳米压印设备的总体性能指标

2.2 压印过程及总体结构设计

2.3 柔性压头的结构设计

2.4 隔热材料的选取

2.5 紫外固化光源

2.6 硬件总体结构设计

2.7 系统软件设计

2.8 本章小结

第3 章 温度控制系统的研究

3.1 引言

3.2 温度控制系统的总体方案

3.3 温控系统硬件设计

3.4 温度处理的拟合算法

3.5 PID 闭环控制原理与算法

3.6 控制系统软件设计

3.7 本章小结

第4 章 压力控制系统研究

4.1 引言

4.2 压力控制方案设计

4.3 静压式执行器控制系统分析

4.4 系统抗干扰设计

4.5 压力控制系统硬件实现

4.6 控制系统的软件设计

4.7 本章小结

第5 章 实验结果及分析

5.1 引言

5.2 温度控制实验

5.3 压力控制实验

5.4 微光学元件复制实验

5.5 本章小结

结 论

参考文献

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致 谢