一種亞波長增透結(jié)構(gòu)的制備裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及透光片的圖形化結(jié)構(gòu)制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種亞波長增透結(jié) 構(gòu)的制備裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 對于窗口材料，為了增加其透光率，通常需要在其表面制備圖形化結(jié)構(gòu)，比如藍寶 石的圖形化。
[0003] 藍寶石具有優(yōu)異的耐久性、優(yōu)異的力學(xué)和熱學(xué)性能，且在紅外波段具有較高的透 過率，因此成為紅外窗口和頭罩的優(yōu)選材料。但是在某些情況下，其透過率無法滿足使用要 求，傳統(tǒng)的增透方法是在藍寶石表面鍍減反膜，以增加其在紅外波段的透過率。但這種方法 自身存在缺陷，如膜材材料的選擇有限、膜層與藍寶石之間的附著力不強會導(dǎo)致膜層脫落 等。
[0004] 在藍寶石表面制備亞波長結(jié)構(gòu)可以有限避免上述問題，并且這種方法可以精確計 算圖形化尺寸，得到最佳透過率；可選擇多種圖形化結(jié)構(gòu)；相比于鍍膜藍寶石使用壽命較 長。亞波長增透結(jié)構(gòu)是指在襯底表面制備微觀結(jié)構(gòu)，其特征尺寸小于入射波長，只有零級衍 射的投射波和反射波。根據(jù)等效介質(zhì)理論，亞波長增透結(jié)構(gòu)的等效折射率與亞波長結(jié)構(gòu)的 周期、占空比、高度等參數(shù)有關(guān)。對于單臺階的亞波長增透結(jié)構(gòu)可以用單層膜來等效，對于 連續(xù)性的亞波長增透結(jié)構(gòu)可以用折射率漸變的膜層來等效。
[0005] 傳統(tǒng)的制備亞波長結(jié)構(gòu)的方法為刻蝕法，包括干法刻蝕和濕法刻蝕。這種方法優(yōu) 點是選擇性好、重復(fù)性好等。但是采用刻蝕法制備亞波長結(jié)構(gòu)工藝復(fù)雜，需要制備掩膜刻 板，而且無法精確控制結(jié)構(gòu)尺寸，導(dǎo)致透過率無法達到理想值。 【實用新型內(nèi)容】
[0006] 本實用新型的目的在于提供一種亞波長增透結(jié)構(gòu)的制備裝置，用于解決現(xiàn)有技術(shù) 中窗口材料的圖形化制備工藝復(fù)雜，透光率不理想的技術(shù)問題。
[0007] 為達到上述目的，本實用新型所提出的技術(shù)方案為：
[0008] 本實用新型的一種亞波長增透結(jié)構(gòu)的制備裝置，其包括：計算機控制模塊，激光 器，光學(xué)傳遞組件，振鏡組件，聚焦系統(tǒng)組件，以及加工平臺；所述的光學(xué)傳遞組件、振鏡組 件、聚焦系統(tǒng)組件依次沿激光光路排布，由所述計算機控制模塊控制激光器發(fā)射的激光參 數(shù)，并控制振鏡組件和加工平臺動作，使激光光束對放置于加工平臺上的待加工件表面進 行掃描，制備增透結(jié)構(gòu)。
[0009] 其中，其用于對藍寶石，硫化鋅，硒化鋅，金剛石以及氟化鎂這些窗口材料的圖形 化結(jié)構(gòu)的制備。
[0010] 其中，所述的激光器發(fā)射的激光波長為355-1064nm。
[0011] 其中，所述的振鏡組件優(yōu)選為3D振鏡。
[0012] 其中，所述的激光器為皮秒或飛秒超快激光器。
[0013] 其中，其制備的增透結(jié)構(gòu)為柱狀，棱錐狀，或圓錐狀。
[0014] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，該實用新型亞波長增透結(jié)構(gòu)的制備裝置的優(yōu)點在于：設(shè)備簡單， 工藝簡單，無需制備掩膜版，可精確控制亞波長結(jié)構(gòu)尺寸，加工精度小于特征尺寸，制備效 率高，一步完成，激光光源可選擇效率高、成本低。
【附圖說明】
[0015] 圖1為本實用新型亞波長增透結(jié)構(gòu)的制備裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0016] 圖2為本實用新型亞波長增透結(jié)構(gòu)的制備方法流程圖；
[0017] 圖3為本實用新型亞波長增透結(jié)構(gòu)的制備裝置制備的增透結(jié)構(gòu)為圓柱型時的結(jié) 構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0018] 以下參考附圖，對本實用新型予以進一步地詳盡闡述。
[0019] 請參閱圖1，本實用新型一種亞波長增透結(jié)構(gòu)的制備裝置，其包括：計算機控制模 塊7,激光器1，光學(xué)傳遞組件2,振鏡組件4,聚焦系統(tǒng)組件5,以及加工平臺6 ;所述的光學(xué) 傳遞組件2、振鏡組件4、聚焦系統(tǒng)組件5依次沿激光光路排布，由計算機控制模塊7控制激 光器1，根據(jù)加工需求，由計算機控制模塊7控制激光參數(shù)。并控制振鏡組件4和加工平臺 6動作，使激光光束在待加工件表面掃描，制備增透結(jié)構(gòu)。優(yōu)選的，在該實施例中，在光學(xué)傳 遞組件2于振鏡組件4之間還設(shè)有一反射鏡3,反射鏡3用于改變激光傳遞方向，從而縮減 這個設(shè)備的占據(jù)的空間。其中，本實施的待加工件為藍寶石8,藍寶石8放置于加工平臺6 上，可隨加工平臺一起轉(zhuǎn)動。
[0020] 光學(xué)傳遞組件2 -般為擴束鏡裝置，將激光光束進行擴大，以獲得更小的聚焦光 斑。振鏡組件4由X振鏡、Y振鏡以及Z軸直線模塊組成，振鏡組件4的主要作用是向下引 導(dǎo)光束，并通過控制可以實現(xiàn)激光光束的三維運動。光束經(jīng)過聚焦系統(tǒng)5后，光束聚焦在加 工件表面。
[0021] 在其他實施例中，該亞波長增透結(jié)構(gòu)的制備裝置還可用于對藍寶石，硫化鋅，硒化 鋅，金剛石以及氟化鎂這些窗口材料的圖形化結(jié)構(gòu)的制備。
[0022] 優(yōu)選的，激光器1皮秒或飛秒超快激光器。激光器1發(fā)射的激光波長可以為 355-1064nm。計算機控制模塊7控制激光器1的啟停，以及控制激光器發(fā)射的激光參數(shù)設(shè) 置，其控制的激光參數(shù)包括電流，頻率，掃描速率，加工參數(shù)等。
[0023] 優(yōu)選的，振鏡組件4 一般為3D振鏡。可在三維方向上調(diào)節(jié)激光掃描方式。計算機 控制模塊7同時還控制振鏡組件4和加工平臺6的動作，首先將需要在藍寶石表面制備的 增透結(jié)構(gòu)圖形導(dǎo)入到計算機中，由計算機控制振鏡組件4和加工平臺6的運動，從而實現(xiàn)精 準的圖形化制備。
[0024] -種亞波長增透結(jié)構(gòu)的制備方法，其包括以下步驟：
[0025] 第一步S1，根據(jù)制備條件、使用環(huán)境參數(shù)，應(yīng)用等效介質(zhì)理論，得到亞波長的結(jié)構(gòu) 及尺寸；
[0026] 第二步S2，根據(jù)激光參數(shù)確定激光輸出路徑；
[0027] 第三步S3,開啟激光器，在待加工工件表面制備亞波長增透結(jié)構(gòu)。
[0028] 其中，所述的亞波長參數(shù)包括周期，占空比和高度。亞波長參數(shù)的計算方式應(yīng)用等 效介質(zhì)理論計算，距離計算如下：
[0029] 周期的確定：
[0030] 為了使圖形化結(jié)構(gòu)能夠在寬波段、大角度范圍內(nèi)進行增透，并有較高的透過率，且 對偏振態(tài)不寧安，其周期應(yīng)該滿足下式
[0032] 其中Ax為X方向的周其月，Ay為y方向的周其月，ns為襯底折射率，ni為空氣折射 率，λ為入射波長。
[0033] 本實施例中為藍寶石襯底，ns= 1.67,增透范圍為3_5μπι，入射波長取
所以圖形化結(jié)構(gòu)周期應(yīng)滿足.
但是，周期 并非越小越好，因為周期越小，制備越困難、制備精確會受到一定影響。所以在滿足增透要 求的時候，因盡量使結(jié)構(gòu)周期最大化，因此藍寶石在3-5 μ m波段的增透結(jié)構(gòu)周期應(yīng)該接近 1. 40 μ m〇
[0034] 占空比的確定：
[0035] 根據(jù)等效介質(zhì)理論公式，
[0037] 其中ni為空氣折射率，rC%襯底折射率，n 2D為等效折射率。
[0038] 根據(jù)藍寶石亞波長增透結(jié)構(gòu)的反射率與等效折射率的關(guān)系：即等效折射率為 1. 29時，反射率最低，增透效果最好。
[0039] 由公式可得，當占空比為0. 52時，等效折射率為1. 29,此時增透效果最佳，與理論 相符合。因此，在設(shè)計藍寶石為襯底在3-5 μ m波段的亞波長增透結(jié)構(gòu)時，占空比應(yīng)為0. 52。
[0040] 高度的確定：
[0041] 有包膜理論可知，膜層材料的光學(xué)厚度是入射波長的四分之一，即當亞波長結(jié)構(gòu) 的高度h = 3. 75/4X1. 29 μ m = 0. 726 μ m時，具有最好的增透效果。
[0042] 圖形化結(jié)構(gòu)制備：
[0043] 在制圖軟件中繪制上述參數(shù)的圖形化結(jié)構(gòu)（以柱形為例）：周期為1. 40 μπι，占空 比為0. 52,高度為2. 9 μ m。將其導(dǎo)入到計算機的加工軟件中，設(shè)定激光運動路徑。并設(shè)置適 當?shù)募す鈪?shù)，電流、功率、頻、掃描速度等，開始加工。加工過程中計算機控制激光出光，沿 光學(xué)傳遞系統(tǒng)、反射鏡、之后進入振鏡系統(tǒng)及光學(xué)聚焦系統(tǒng)，聚焦激光落在藍寶石襯底上， 并開始按照設(shè)定的路徑進行加工。此時，可以根據(jù)加工工件大小選擇激光光束通過振鏡掃 描運動，也可以激光光束通過振鏡掃描運動的同時，平臺帶動工件運動（用于大范圍加工 時）。
[0044] 透過率的檢測：
[0045] 通過傅里葉紅外光譜儀測試藍寶石及圖形化藍寶石在3-5 μ m波段的透過率，結(jié) 果如下：藍寶石襯底本身在3-5 μ m波段透過率為88%，制備上述圖形化結(jié)構(gòu)后的在3-5 μ m 波段透過率為99%以上。
[0046] 上述實施案例中藍寶石襯底也可以換成是其他襯底材料，如硫化鋅、硒化鋅、金剛 石、氟化鎂等。也可以制備在其他波段的透過率，如近紅外、可見波段的增透結(jié)構(gòu)。計算及 制備方法與上述相同，只需代入相應(yīng)材料的折射率以及對應(yīng)波段的中心波長數(shù)值進行模擬 計算，并選取適合的激光加工參數(shù)進行加工即可。
[0047] 優(yōu)選的，所述的激光器為皮秒或飛秒超快激光器。
[0048] 請參閱附圖3,其為增透結(jié)構(gòu)為圓柱狀時的結(jié)構(gòu)示意圖，待加工件8表面的增透結(jié) 構(gòu)為圓柱狀81。在其他實施例中，該增透結(jié)構(gòu)也可以是棱錐狀，圓錐狀等。
[0049] 上述內(nèi)容，僅為本實用新型的較佳實施例，并非用于限制本實用新型的實施方案， 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)本實用新型的主要構(gòu)思和精神，可以十分方便地進行相應(yīng)的變通 或修改，故本實用新型的保護范圍應(yīng)以權(quán)利要求書所要求的保護范圍為準。
【主權(quán)項】
1. 一種亞波長增透結(jié)構(gòu)的制備裝置，其特征在于，包括：計算機控制模塊，激光器，光 學(xué)傳遞組件，振鏡組件，聚焦系統(tǒng)組件，以及加工平臺；所述的光學(xué)傳遞組件、振鏡組件、聚 焦系統(tǒng)組件依次沿激光光路排布，由所述計算機控制模塊控制激光器發(fā)射的激光參數(shù)，并 控制振鏡組件和加工平臺動作，使激光光束對放置于加工平臺上的待加工件表面進行掃 描，制備增透結(jié)構(gòu)。2. 如權(quán)利要求1所述的亞波長增透結(jié)構(gòu)的制備裝置，其特征在于，所述的激光器發(fā)射 的激光波長為355-1064nm。3. 如權(quán)利要求1所述的亞波長增透結(jié)構(gòu)的制備裝置，其特征在于，所述的振鏡組件包 括3D振鏡。4. 如權(quán)利要求1所述的亞波長增透結(jié)構(gòu)的制備裝置，其特征在于，所述的激光器為皮 秒或飛秒超快激光器。
【專利摘要】一種亞波長增透結(jié)構(gòu)的制備裝置，其包括：計算機控制模塊，激光器，光學(xué)傳遞組件，振鏡組件，聚焦系統(tǒng)組件，以及加工平臺；所述的光學(xué)傳遞組件、振鏡組件、聚焦系統(tǒng)組件依次沿激光光路排布，由所述計算機控制模塊控制激光器，并控制振鏡組件和加工平臺動作，在待加工件表面制備增透結(jié)構(gòu)。該實用新型亞波長增透結(jié)構(gòu)的制備裝置的優(yōu)點在于：設(shè)備簡單，工藝簡單，無需制備掩膜版，可精確控制亞波長結(jié)構(gòu)尺寸，加工精度小于特征尺寸，制備效率高，一步完成，激光光源可選擇效率高、成本低。
【IPC分類】B23K26/064, B23K26/402
【公開號】CN204934890
【申請?zhí)枴緾N201520334192
【發(fā)明人】秦國雙, 張 杰
【申請人】深圳英諾激光科技有限公司, 常州英諾激光科技有限公司
【公開日】2016年1月6日
【申請日】2015年5月21日