台灣師範大學機電科技學系 -1-
微光機電系統與應用技術 微 光機電系統與應用技術
Optical MEMS Technology and its application Optical MEMS Technology and its application
楊 啟 榮 博士
教 授
國立台灣師範大學 機電科技學系
Department of Mechatronic Technology National Taiwan Normal University
Tel: 02-77343506 E-mail:ycr@ntnu.edu.tw
C. R. Yang, NTNU MT
Outline Outline
z
Optical MEMS Devices
z
Requirement for optical characteristics
z
Microactuators for optical applications
台灣師範大學機電科技學系 -3-
Optical MEMS Devices Optical MEMS Devices
C. R. Yang, NTNU MT
-4-
台灣師範大學機電科技學系 -5-
MEMS Applications for 21
MEMS Applications for 21
ststCentury Century
z
Optical MEMS
z
Bio-MEMS
z
RF MEMS
Comparative scale of semiconductor sensors.
μ-mechanical resonator for Frequency band 1MHz~1GHz
C. R. Yang, NTNU MT
Source: NEXUS III, http://nexus-mems.com/
*Other are: microreaction*, chip cooler*, MEMS memories, liquid lenses*, microspectrometer, wafer probes, micro-mirrors for optical processing, micro-pumps*, micromotors, chemical analysis systems*
*
*
*
*
*
(傾角計)
台灣師範大學機電科技學系 -7-
傳統的生化分析實驗室 傳統的生化分析實驗室
C. R. Yang, NTNU MT
-8-
Artist impression of a hybrid
Artist impression of a hybrid μμTAS dating from the mid 90's. TAS dating from the mid 90's.
全功能微分析系統 全功能微分析系統
(micro total analysis system, (micro total analysis system, μμTAS)TAS)
台灣師範大學機電科技學系 -9-
1. Integration of bio-medical, chemical, optical,
electrical, mechanical, thermal, fluidic system on a chip 2. LOC (Lab On a Chip), or μTAS (Micro Total Analysis
System) 3. Advantages:
a. fast response time b. automation
c. small sample quantity d. low cost
e. high throughput 4. Challenges
a. design and fabrication
b. high complexity of integration and package c. rare sample amount for detection
d. reliability
C. R. Yang, NTNU MT
生醫微機電系統 生醫微機電系統
Blood testing Drug delivery
Insulin pump (Debiotech, Switzerland)
台灣師範大學機電科技學系 -11-
Shrinking Wireless Architectures Shrinking Wireless Architectures
C. T.-C. Nguyen, “Communications applications of microelectromechanical systems (invited),”
Proceed-ings, 1998 Sensors Expo, San Jose, California, May 20, 1998, pp. 447-455.
C. R. Yang, NTNU MT
-12-
Source: http://jbyoon.info/
3D RF One
3D RF One- -Chip Module Chip Module
Integration of all passive components
台灣師範大學機電科技學系 -13-
MEMS
MEMS - - A New Enabling Technology A New Enabling Technology for Photonic Systems
for Photonic Systems
C. R. Yang, NTNU MT
Optical MEMS Components
Optical MEMS Components
台灣師範大學機電科技學系 -15-
MEMS Micro Optical Bench MEMS Micro Optical Bench
M. C. Wu & H. Toshiyoshi, CNOM 8th Annual Affiliates Meeting
VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser)(面射型雷射 )
C. R. Yang, NTNU MT
-16-
VCSEL stands for Vertical Cavity Surface Emitting Laser, is a semiconductor laser. That is laser-on-a-chip. VCSEL emits light in a cylindrical beam vertically from the surface of a fabricated wafer, and offers significant advantages when compared to the conventional edge-emitting lasers currently used in the majority of fiber optic communications devices.
What is VCSEL?
What is VCSEL?
Conventional edge emitting laser VCSEL
台灣師範大學機電科技學系 -17-
Micro Optical Bench Micro Optical Bench
C. R. Yang, NTNU MT
R. S. Muller, Berkeley
Functional passive:
Mirror Engine:
Comb actuator
Transmission
Micro optical scanner
Micro optical scanner
台灣師範大學機電科技學系 -19-
Functional passive:
Mirror
Engine:
Comb actuator
Transmitting mechanism:
Linkage, gear Sandia National Lab.
Micro optical scanner Micro optical scanner
C. R. Yang, NTNU MT
-20-
Answer : No more manual assembling
Built in micro actuators to make 3-D structures
Question : What is the most significant difference between conve Question : What is the most significant difference between conventionalntional machining and micromachining.
machining and micromachining.
台灣師範大學機電科技學系 -21-
by Built
by Built- -in Actuators in Actuators
C. R. Yang, NTNU MT
H. Toshiyoshi
逐漸消失的
偏振器、極化器
台灣師範大學機電科技學系 -23-
Filter Polarize
- http://www.youtube.com/watch?v=MNzXrTKEMWgPolarization (wave polarization) Polarization (wave polarization)
C. R. Yang, NTNU MT
-24-
Refraction Refraction
Fully assembled refractive micolens 300 μm
Ming C. Wu, UCLA http://www.omminc.com/mems.html
台灣師範大學機電科技學系 -25-
C. R. Yang, NTNU MT
台灣師範大學機電科技學系 -27-
2D Motion by Scratch
2D Motion by Scratch- -Drive Actuators Drive Actuators
C. R. Yang, NTNU MT
-28-
Far Field Beam Profile (1.55 um)
Far Field Beam Profile (1.55 um)
台灣師範大學機電科技學系 -29-
Luke P. Lee, Berkley, 2002
http://www-biopoems.berkeley.edu/Project-first.php
Confocal
Confocal Microscope Microscope
C. R. Yang, NTNU MT
What is
What is confocal confocal ? ?
In a confocal imaging system a single point of excitation light (from the first pinhole A) is focused onto a confocal spot (S) in the specimen. With only a single point illuminated, the illumination intensity rapidly falls off above and below the plane of focus as the beam converges and diverges, thus reducing excitation of fluorescence for interfering objects situated out of the focal plane being examined. Fluorescent light (i.e. signal) passes back through the dichroic reflector and then passes through the second (exit) pinhole (B), which is confocal with S and A. The exit pinhole can be made small enough that any light emanating from regions away from the vicinity of the illuminated point will be blocked by the aperture, thus providing yet further attenuation of out-of focus interference. A photomultiplier detector (PMT) provides a signal of the light passing scanned S1, S2, S3, S4, etc.(not shown), as the specimen is scanned. A computer is used to control the sequential scanning of the sample and to assemble the image for display.
台灣師範大學機電科技學系 -31-
A A confocal confocal imaging system imaging system
3D deconvolved blastocyst image
3D PMMA gear image
C. R. Yang, NTNU MT
-32-
Reflection Reflection
Electrostatic Combdrive-Actuated Micromirrors for Laser-Beam Scanning and Positioning
M. H. Kiang, et al., J. MEMS, 7, 27 (1998).
Vertical Scan Horizontal Scan
台灣師範大學機電科技學系 -33-
H. Toshiyoshi, Hilton Head (2000), J. MEMS 10 (2001)
Electrostatically
Electrostatically Actuated MEMS 2D Optical Scanner Actuated MEMS 2D Optical Scanner
C. R. Yang, NTNU MT
3D Optical Scanner by Single Crystal
3D Optical Scanner by Single Crystal Si Si
台灣師範大學機電科技學系 -35-
Free Space Integrated Optics Ming C. Wu, UCLA http://www.omminc.com/mems.html
Diffraction Diffraction
C. R. Yang, NTNU MT
-36-
Dynamic focusing microlens
http://www.omminc.com/mems.html M. Wu, et al., 1998
台灣師範大學機電科技學系 -37- Micrograting
(topside)
(a) Front side (b) back side of the grating
C. R. Yang, NTNU MT
The Grating Light Valve uses reflection and diffraction to create dark and bright image areas.
Grating Light Valve
Grating Light Valve (GLV) (GLV) Reflection and Diffraction
http://www.siliconlight.com/htmlpgs/glvtechframes/glvmainframeset.html Moving ribbon
Fixed ribbon
Air gap Silicon Substrate
台灣師範大學機電科技學系 -39-
A simple color display can be built using a single light source, single GLV, and rotating RGB filter disk.
An even simpler color display can be built with 3 LEDs (RGB) and a single GLV
C. R. Yang, NTNU MT
-40-
2 Parallel
2 Parallel--plate plate FabryFabry--Perot etalon tuned by translation movementPerot etalon tuned by translation movement http://www.ee.ucla.edu/labs/laser/index.html
Interference
Interference
台灣師範大學機電科技學系 -41-
Lucent, 1998 MARS
MARS – – Mechanical M echanical A Anti nti- -R Reflection eflection S Switch witch
Fully fabricated MARS device Si
Al
Ti/Au SiNx
Signal
Unbiased mλ/4 air gap (m odd -reflection)
Biased (m-1)λ/4 air gap (m even – anti-reflection)
C. R. Yang, NTNU MT
Optical MEMS Applications Optical MEMS Applications
Micro
Micro- -optical bench optical bench
http://www.ee.ucla.edu/labs/laser/index.html zProjection displays
zFiber switches
zFilters and dispersion compensators
zOptical scanners
zAdaptive Optics
zSilicon Optical Bench
zSensors with optical readout
zInterferometers
zSpectrometers
台灣師範大學機電科技學系 -43-
Application of Optical MEMS Application of Optical MEMS
M. C. Wu & H. Toshiyoshi, CNOM 8th Annual Affiliates Meeting
C. R. Yang, NTNU MT
-44-
Integrated Free
Integrated Free -Space Optical Disk Pickup Head - Space Optical Disk Pickup Head
http://www.ee.ucla.edu/labs/laser/index.html
台灣師範大學機電科技學系 -45-
Digital Mirror Display/Digital Light Processing Digital Mirror Display/Digital Light Processing
Texas Instruments 15 μm
C. R. Yang, NTNU MT
光通訊系統傳輸容量的進展 光通訊系統傳輸容量的進展
l
台灣師範大學機電科技學系 -47-
先利用數位或類比調變方式將資訊傳遞到發射機上,以雷射光為載波透過 光纖傳播到遠方。若距離較長,可透過連接器(connector)或接合器(splice) 延長光纖傳送距離,最後以光感測器,把光訊號轉變回電訊號,將原傳送 資訊解調回來。
光纖通訊基本架構 光纖通訊基本架構
C. R. Yang, NTNU MT
-48-
訊號供應者
訊號接受者
微光學透鏡
旁路開關 多工傳輸器
接續器
陣列開關 多光纖連接器
分光器 多工傳輸解譯器
光通訊系統架構示意圖
光通訊系統架構示意圖
台灣師範大學機電科技學系 -49-
http://www.omminc.com/mems.html
Dynamic focusing microlens Deformable micro mirror
2 X 2 FDDI optical switch
Free Space Integrated Optics Rotating micro mirror
C. R. Yang, NTNU MT
輸入 輸出
分波解多工器 分波多工器
(a)光訊號作加成/消減(add/drop)示意圖;(b) OXC的架構示意圖
H. Toshiyoshi, Optical MEMS, UCLA, (2002).
Optical cross connector (OXC)
Optical cross connector (OXC)
台灣師範大學機電科技學系 -51-
分波多工分波多工(Wavelength division multiplexing, WDM)
(Wavelength division multiplexing, WDM)
傳統的光纖通訊,是採用單一載波波長傳輸資料。因為技術的演進,目前的光纖網路可有多個不同波長的頻道同時在一條光纖內傳遞 資訊,稱為分波多工系統。
發送器(transmitter) 接收器(receiver)
多工器 解多工器
高密度分波多工
高密度分波多工(Dense wavelength division multiplexing, DWDM)
(Dense wavelength division multiplexing, DWDM)
C. R. Yang, NTNU MT
-52-
DWDM基本原理如彩虹,多顏色合併後經光纖傳輸後分開波段 光纖放大器
台灣師範大學機電科技學系 -53-
Large scale optical cross connector (OXC) Large scale optical cross connector (OXC)
• E. L. Goldstein, J. A. Nagel, J. L .Strand, R. W. Tkach, "Multiwavelength opaque optical-crossconnect network," Lightwave, Feb. 1998.
• M. C. Wu & H. Toshiyoshi, CNOM 8th Annual Affiliates Meeting
C. R. Yang, NTNU MT
Scanning Mirrors for OXC Scanning Mirrors for OXC
OXC: Optical Cross Connector OXC: Optical Cross Connector
台灣師範大學機電科技學系 -55-
MEMS in WDM Network MEMS in WDM Network
M. C. Wu & H. Toshiyoshi, CNOM 8th Annual Affiliates Meeting
C. R. Yang, NTNU MT
-56-
液晶(Liquid Crystal)一般用於顯示面板,其原理是利用外加 電壓改變液晶的極態,藉由光線的偏極化(polarization)方向
,再加上偏光板達到光的通過與否來做為畫面明與暗的效果
。在光通訊開關方面,下頁圖為其主要應用原理的示意圖,
利用光的偏極化特性,透過外加電壓改變液晶分子的指向來 控制光的方向,整個切換過程只須少許電力。液晶技術應用 在光開關產品方面,是適合中型尺寸(80 ports)的光開關,而 由於液晶指向的改變速度不快,有研究發現將液晶加熱可降 低其黏滯力(viscous),並提高其切換速度(switch speed)。
液晶 液晶 (Liquid Crystal)式光開關 (Liquid Crystal) 式光開關
台灣師範大學機電科技學系 -57- 未施加電壓
液晶分子
施加電壓
液晶分子
液晶式光開關 液晶式光開關
Spectraswitch Spectraswitch
液晶式光開關系統原理
液晶光開關圖例
C. R. Yang, NTNU MT
氣泡式的工作原理,主要是利用噴墨方式在交錯排列的波 導(waveguide)交點噴出氣泡,下頁圖為安捷倫(Agilent)的 氣泡式核心技術示意圖,藉此改變光的路徑以達到輸出目 的。目前安捷倫已與Alcatel合作開發此技術,並已有32
× 32
及32× 16埠數的樣品,其切換速度約為10毫秒(msec)。但是
氣泡式光開關須在密閉環境中操控,也就是必須在密閉環 境中保持氣體與液體狀態共存的溫度及壓力,這也是目前 氣泡式光開關在技術上所遭遇的困難。氣泡 氣泡 (Bubble)式光開關 (Bubble) 式光開關
台灣師範大學機電科技學系 -59-
氣泡式光開關 氣泡式光開關
Agilent
Horizontal section of the planar lightwave circuit (PLC). Multiple optical paths consist of intersecting waveguides created into the PLC.
A trench is etched at each crosspoint of the waveguides.
Then the trench is filled with a fluid having the same optical properties.
When the optical signal needs to be redirected the fluid is heated up and a bubble is generated.
C. R. Yang, NTNU MT
-60-
As a default condition, the fluid enables the transmission of the light through the waveguide without changing it or deviating it.
When the fluid is heated up the bubble created reflects the light by total internal reflection providing a fast switching function. The optical signal transmitted is deviated but not deteriorated.
台灣師範大學機電科技學系 -61-
全 像 術 (Hologram) 式 光 開 關 是 對 電 致 能 布 拉 格 光 柵 (electrically
energized Bragg grating)施予電壓,配合一系列不同的折射常數材
料來反射不同的特定波長,當外加一電壓時,布拉格光柵(Bragggrating)將光線折射到另一方向,未施加電壓時,光則直線通過。全
像術式光開關除了光線切換功能之外,未被切換的光訊號可當作監 視用訊號,具有動態光衰減器(dynamic optic attenuator)的功能。如 下圖所示,上排的出口埠,可做為監視管理之使用。其最大的特色 是光切換速度可達到奈秒級(nsecs),也適合大規模的交換容量(上千 埠)產品。有鑑以此,全像式光開關技術可能是未來在光路由器(optical routers)中使用光封包(packet)交換形式唯一可以支援的技術
。
全像術 全像術 (Holograms)式光開關 (Holograms) 式光開關
C. R. Yang, NTNU MT
全像術 全像術 (Holograms)式光開關 (Holograms) 式光開關
台灣師範大學機電科技學系 -63-
布拉格光纖光柵
布拉格光纖光柵 (Fiber Bragg Grating , FBG) (Fiber Bragg Grating , FBG)
光源照射
光罩 光纖/波導
布拉格光纖光柵的製作是利用具有週期性結構圖案的光罩置於光纖上,再利用高能 量短波長的紫外線照射後,可在光纖核心(core)部份產生干涉條紋,並永久地改變 其折射率。當一個包含多個波長的光束經過FBG時,大部份波長的訊號只有些微損 耗。但波長恰為光柵週期兩倍的光訊號會被反射回來。例如若反射波的波長是 1550nm,光纖週期就是775nm。FBG的特性與三項因素有關:折射率差距、光柵部 份的長度、製作的精密度。
C. R. Yang, NTNU MT
-64-
熱光 熱光 (Thermo- (Thermo -Optical) Optical)式光開關 式光開關
Singal input
Thermo-Optic Phase Shifter
1st SW 2nd SW
Output (Off State)
Output (On State)
熱光式光開關有兩種形式:(1) 干涉式(interferometric)熱光式光開關;
(2) 數位式(digital)熱光式光開關。干涉式熱光式光開關主要設計原理是 利用Mach Zehnder干涉型態,入射光線在輸入端被分為兩道,將其中 一道加熱來改變其光行進距離(optical path length),到了輸出端再加以 組合,如下圖所示。利用兩道光行進距離的不同,造成破壞性及建設性 干涉做為光的方向選擇,主要材料以矽土(Silica)為主。
NTT, Japan NTT, Japan
台灣師範大學機電科技學系 -65-
聲光 聲光 (Acousto ( Acousto- -Optic, AO) Optic, AO)式光開關 式光開關
光源
聲波產生器
聲波轉折器
http://www.lmgr.net/aotechnology.htm
聲光式光開關的原理是利用聲波的疏密特性,來暫時改變物體的表面特性
,當光通過聲光偏折器時,會因為聲波造成表面特性的改變,使光線偏折 角度不同而到達不同之傳輸目的地。
C. R. Yang, NTNU MT
各種光開關特性之比較
各種光開關特性之比較
台灣師範大學機電科技學系 -67-
Requirement for optical characteristics Requirement for optical characteristics
C. R. Yang, NTNU MT
-68-
Reflectivity of Metals
Reflectivity of Metals
台灣師範大學機電科技學系 -69-
Coupling Distance of Fibers Coupling Distance of Fibers
C. R. Yang, NTNU MT
Collimated Beam Filter (Ball Lens)
Collimated Beam Filter (Ball Lens)
台灣師範大學機電科技學系 -71-
Source of the Insertion Loss Source of the Insertion Loss
Stability of Mirror Angle Stability of Mirror Angle
C. R. Yang, NTNU MT
-72-
光開關損失之原因
光開關損失之原因
台灣師範大學機電科技學系 -73-
Fiber Coupling Fiber Coupling
GG--FF Fiber: Fluoride glass Fiber, Multimode, KDDFF Fiber: Fluoride glass Fiber, Multimode, KDD TEC Fiber: Thermally Expanded Core Fiber TEC Fiber: Thermally Expanded Core Fiber
C. R. Yang, NTNU MT
微透鏡陣列製作技術
微透鏡陣列製作技術
台灣師範大學機電科技學系 -75-
Lenses
Gratings Waveguides
Holograms
各種微透鏡種類與應用 各種微透鏡種類與應用
(a) 折射式
(b) 繞射式 (c) 混合式
C. R. Yang, NTNU MT
-76- A B C D E F
A: Fresnel 波帶片 B: 平面化二元式Fresnel微透鏡 C: 兩階二元式Fresnel微透鏡 D: 四階二元式Fresnel微透鏡 E: 鋸齒狀Fresnel微透鏡 F: 傳統透鏡
不同之Fresnel不同之
Fresnel透鏡與傳統透鏡之比較圖
透鏡與傳統透鏡之比較圖台灣師範大學機電科技學系 -77-
光熱能
Photothermal
水滴式Droplet
折射式或繞射式微透鏡
Refractive or Diffractive Microlens
灰階光罩
Gray Tone Mask
熱回流
Thermal Reflow
準分子雷射微加工
Excimer Laser Micromachining
直寫式
Direct Writing
離子交換
Ion Exchange
微透鏡陣列製造技術 微透鏡陣列製造技術
半導體製程
Lithography +RIE etching
C. R. Yang, NTNU MT
Mask
Crystal Substrate
RIE Crystal
Substrate HMDS Coating
Lithography Crystal
Substrate PR
Coating
PR Crystal Substrate
Crystal Substrate Two-Step
Microlens HMDS & PR
Coating
RIE
Lithography
four-Step Microlens
微透鏡之半導體製作流程示意圖 微透鏡之半導體製作流程示意圖
Lithography +RIE etching
台灣師範大學機電科技學系 -79-
Delay Masking Process for
Delay Masking Process for Multistep Multistep Structures Structures
Makoto Mita, et al., HARMST'99, JAPAN.
Rochester Photonics Corp.
Rochester Photonics Corp.
C. R. Yang, NTNU MT
-80-
凹面型微光柵元件
凹面型微光柵元件
台灣師範大學機電科技學系 -81-
Principle of the VIS
Principle of the VIS- -Spectrometer Spectrometer
Source: http://www.microparts.de/01OPTICVIS.htm Light input λ1….λx
through optical fiber
Light output via
45oreflecting edge Diode array
Self focusing reflection grating (d=0.2 μm, g=2 μ m)
λ2λ1
Characteristics
zMolded construction allows for cost effective volume pricing
zSmall dimensions, lightweight
zExcellent thermal stability
zLong-term stability
zFlexible operation
zRobust monolithic construction
zNo moving parts
C. R. Yang, NTNU MT
zGrating resolution : 7nm
zSpectral range: 380nm~780nm
zspectral resolution: 7nm (measured at 450 nm)
zDimension:10 × 10 × 5 cm
VIS- VIS -Microspectrometer Microspectrometer PIDC- PIDC -2000 2000
國科會精儀中心
台灣師範大學機電科技學系 -83-
Grey tone mask technique Shaped light beam method
Direct writing of e-beam
C. R. Yang, NTNU MT
-84-
以離子交換法製作折射率梯度式 (graded-index lenses, GRIN) 微透鏡陣列
Ag+溶液
玻璃
GRIN微透鏡陣列
玻璃
離子交換離子交換
(Ion Exchange) (Ion Exchange)
photosensitive glass 紫外光
微透鏡陣列
以光熱能法製作折射式微透鏡陣列示意圖
H. P. Herzig, “Micro-Optics: elements, systems and applications”, Taylor & Francis, 1997.
光熱能光熱能
( (Photothermal Photothermal) )
heating
台灣師範大學機電科技學系 -85- 接高壓 氣體源
Z
Y X
基座 微透鏡陣列
玻璃基板 X
Y Z 定 位 平 台
控制器
活 塞 針 筒 氣體管路
微噴嘴
微透鏡 光學膠
加熱器 基板
控制器 加熱容器
控制信號
液滴法的儀器架構圖 點膠滴置法設備架構圖
水滴式水滴式
(Droplet) (Droplet)
C. R. Yang, NTNU MT
SU- SU -8 8光阻點膠滴置微透鏡陣列製作技術
光阻點膠滴置微透鏡陣列製作技術微透鏡陣列 活塞
針筒
玻璃基板 X
Y Z 定位 平台
基座
控制器 接高壓
氣體管路 氣體源 軟烤
UV曝光
曝光後烘烤
點膠滴置微透鏡製作技術
台灣師範大學機電科技學系 -87-
Preparing
Preparing Photoresist Photoresist Reflow Lens Pattern Reflow Lens Pattern
C. R. Yang, NTNU MT
-88-
Lens Profile Model
Lens Profile Model
台灣師範大學機電科技學系 -89-
Photoresist
Photoresist Reflow Lens Reflow Lens
C. R. Yang, NTNU MT
Lens Shape (Sag) After
Lens Shape (Sag) After Photoresist Photoresist Reflow Reflow
as a function of initial resist thickness
as a function of initial resist thickness
台灣師範大學機電科技學系 -91-
Lens Design 1 Lens Design 1
Initial Thickness
Initial Thickness ----> Sag > Sag ----> Radius of Curvature > Radius of Curvature ----> Focal Length> Focal Length
C. R. Yang, NTNU MT
-92-
Lens Design 2 Lens Design 2
Beam Diameter and Lens Diameter
台灣師範大學機電科技學系 -93-
Lens Design 3 Lens Design 3
Minimum Initial Resist Thickness
C. R. Yang, NTNU MT
Lens Design 4 Lens Design 4
Minimum Resist Thickness and Lens Diameter
台灣師範大學機電科技學系 -95-
Transferring
Transferring Photoresist Photoresist Pattern into Silicon Pattern into Silicon
C. R. Yang, NTNU MT
-96-
Silicon Micro Lens Silicon Micro Lens
Shape Transferred by RIE
Shape Transferred by RIE
台灣師範大學機電科技學系 -97-
Effect of
Effect of Photoresist Photoresist Thickness Thickness
C. R. Yang, NTNU MT
Focal Length Simulation
Focal Length Simulation
台灣師範大學機電科技學系 -99-
Beam Spot Diameter Beam Spot Diameter
C. R. Yang, NTNU MT
-100-
Lens Diameter and Beam Spot Diameter
Lens Diameter and Beam Spot Diameter
台灣師範大學機電科技學系 -101-
Excimer
Excimer Laser Laser Micromachining: Mask Dragging Micromachining: Mask Dragging
shaped mask
SU-8光阻微透鏡陣列 光強度分布圖
氦氖雷射 CCD
物鏡
物鏡 折射式微透鏡
陣列 針孔
透鏡 光圈
三維移動平台
光束品質 分析器
光學檢測設備架構圖
(Shaped light beam method)
C. R. Yang, NTNU MT
http://www.exitech.co.uk/
台灣師範大學機電科技學系 -103-
Mask
Workpiece Stage
Fresnel Lens
以以Mask Dragging
Mask Dragging 的方式製作微鏡片
的方式製作微鏡片(b) Groove pattern of the kinoform cylindrical lens (a) Mask used to make cylinderical lens
Dark: 透光 Clear:不透光
(Shaped light beam method)
C. R. Yang, NTNU MT
-104-
準分子雷射單光罩多層階加工技術 準分子雷射單光罩多層階加工技術
光罩圖案
雷射 聚焦成像
加工圖案重疊
(光罩移動)
(工件固定)
光罩圖案
1 2 3
2 1
2 3
3 3
3 八階光罩組合
準分子雷射微透鏡加工技術
台灣師範大學機電科技學系 -105-
準分子雷射微加工 準分子雷射微加工
微光學繞射元件製作與檢測
微光學元件檢測系統
像素5 μm四階全像片 “HELLO” 影像輸出
焦平面光強度 十六階微透鏡陣列
孔徑250 μm、焦距15 mm
表面檢測 光學檢測 準分子雷射LIGA製程
C. R. Yang, NTNU MT