一種亞波長增透結構的制備裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及透光片的圖形化結構制備技術領域，尤其涉及一種亞波長增透結 構的制備裝置。
【背景技術】
[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構，比如藍寶 石的圖形化。
[0003] 藍寶石具有優異的耐久性、優異的力學和熱學性能，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致膜層脫落 等。
[0004] 在藍寶石表面制備亞波長結構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構；相比于鍍膜藍寶石使用壽命較 長。亞波長增透結構是指在襯底表面制備微觀結構，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。根據等效介質理論，亞波長增透結構的等效折射率與亞波長結構的 周期、占空比、高度等參數有關。對于單臺階的亞波長增透結構可以用單層膜來等效，對于 連續性的亞波長增透結構可以用折射率漸變的膜層來等效。
[0005] 傳統的制備亞波長結構的方法為刻蝕法，包括干法刻蝕和濕法刻蝕。這種方法優 點是選擇性好、重復性好等。但是采用刻蝕法制備亞波長結構工藝復雜，需要制備掩膜刻 板，而且無法精確控制結構尺寸，導致透過率無法達到理想值。 【實用新型內容】
[0006] 本實用新型的目的在于提供一種亞波長增透結構的制備裝置，用于解決現有技術 中窗口材料的圖形化制備工藝復雜，透光率不理想的技術問題。
[0007] 為達到上述目的，本實用新型所提出的技術方案為：
[0008] 本實用新型的一種亞波長增透結構的制備裝置，其包括：計算機控制模塊，激光 器，光學傳遞組件，振鏡組件，聚焦系統組件，以及加工平臺；所述的光學傳遞組件、振鏡組 件、聚焦系統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射的激光參 數，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，制備增透結構。
[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 化結構的制備。
[0010] 其中，所述的激光器發射的激光波長為355-1064nm。
[0011] 其中，所述的振鏡組件優選為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，其制備的增透結構為柱狀，棱錐狀，或圓錐狀。
[0014] 與現有技術相比，該實用新型亞波長增透結構的制備裝置的優點在于：設備簡單， 工藝簡單，無需制備掩膜版，可精確控制亞波長結構尺寸，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構的制備裝置的系統結構圖；
[0016] 圖2為本實用新型亞波長增透結構的制備方法流程圖；
[0017] 圖3為本實用新型亞波長增透結構的制備裝置制備的增透結構為圓柱型時的結 構示意圖。
【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構的制備裝置，其包括：計算機控制模 塊7,激光器1，光學傳遞組件2,振鏡組件4,聚焦系統組件5,以及加工平臺6 ;所述的光學 傳遞組件2、振鏡組件4、聚焦系統組件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，根據加工需求，由計算機控制模塊7控制激光參數。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，制備增透結構。優選的，在該實施例中，在光學傳 遞組件2于振鏡組件4之間還設有一反射鏡3,反射鏡3用于改變激光傳遞方向，從而縮減 這個設備的占據的空間。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動。
[0020] 光學傳遞組件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 導光束，并通過控制可以實現激光光束的三維運動。光束經過聚焦系統5后，光束聚焦在加 工件表面。
[0021] 在其他實施例中，該亞波長增透結構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構的制備。
[0022] 優選的，激光器1皮秒或飛秒超快激光器。激光器1發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，以及控制激光器發射的激光參數設 置，其控制的激光參數包括電流，頻率，掃描速率，加工參數等。
[0023] 優選的，振鏡組件4 一般為3D振鏡。可在三維方向上調節激光掃描方式。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 增透結構圖形導入到計算機中，由計算機控制振鏡組件4和加工平臺6的運動，從而實現精 準的圖形化制備。
[0024] -種亞波長增透結構的制備方法，其包括以下步驟：
[0025] 第一步S1，根據制備條件、使用環境參數，應用等效介質理論，得到亞波長的結構 及尺寸；
[0026] 第二步S2，根據激光參數確定激光輸出路徑；
[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構。
[0028] 其中，所述的亞波長參數包括周期，占空比和高度。亞波長參數的計算方式應用等 效介質理論計算，距離計算如下：
[0029] 周期的確定：
[0030] 為了使圖形化結構能夠在寬波段、大角度范圍內進行增透，并有較高的透過率，且 對偏振態不寧安，其周期應該滿足下式
[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
所以圖形化結構周期應滿足.
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，因盡量使結構周期最大化，因此藍寶石在3-5 μ m波段的增透結構周期應該接近 1. 40 μ m〇
[0034] 占空比的確定：
[0035] 根據等效介質理論公式，
[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] 根據藍寶石亞波長增透結構的反射率與等效折射率的關系：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，在設計藍寶石為襯底在3-5 μ m波段的亞波長增透結構時，占空比應為0. 52。
[0040] 高度的確定：
[0041] 有包膜理論可知，膜層材料的光學厚度是入射波長的四分之一，即當亞波長結構 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] 圖形化結構制備：
[0043] 在制圖軟件中繪制上述參數的圖形化結構（以柱形為例）：周期為1. 40 μπι，占空 比為0. 52,高度為2. 9 μ m。將其導入到計算機的加工軟件中，設定激光運動路徑。并設置適 當的激光參數，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 光學傳遞系統、反射鏡、之后進入振鏡系統及光學聚焦系統，聚焦激光落在藍寶石襯底上， 并開始按照設定的路徑進行加工。此時，可以根據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 果如下：藍寶石襯底本身在3-5 μ m波段透過率為88%，制備上述圖形化結構后的在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、可見波段的增透結構。計算及 制備方法與上述相同，只需代入相應材料的折射率以及對應波段的中心波長數值進行模擬 計算，并選取適合的激光加工參數進行加工即可。
[0047] 優選的，所述的激光器為皮秒或飛秒超快激光器。
[0048] 請參閱附圖3,其為增透結構為圓柱狀時的結構示意圖，待加工件8表面的增透結 構為圓柱狀81。在其他實施例中，該增透結構也可以是棱錐狀，圓錐狀等。
[0049] 上述內容，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， 本領域普通技術人員根據本實用新型的主要構思和精神，可以十分方便地進行相應的變通 或修改，故本實用新型的保護范圍應以權利要求書所要求的保護范圍為準。
【主權項】
1. 一種亞波長增透結構的制備裝置，其特征在于，包括：計算機控制模塊，激光器，光 學傳遞組件，振鏡組件，聚焦系統組件，以及加工平臺；所述的光學傳遞組件、振鏡組件、聚 焦系統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射的激光參數，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，制備增透結構。2. 如權利要求1所述的亞波長增透結構的制備裝置，其特征在于，所述的激光器發射 的激光波長為355-1064nm。3. 如權利要求1所述的亞波長增透結構的制備裝置，其特征在于，所述的振鏡組件包 括3D振鏡。4. 如權利要求1所述的亞波長增透結構的制備裝置，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】一種亞波長增透結構的制備裝置，其包括：計算機控制模塊，激光器，光學傳遞組件，振鏡組件，聚焦系統組件，以及加工平臺；所述的光學傳遞組件、振鏡組件、聚焦系統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構。該實用新型亞波長增透結構的制備裝置的優點在于：設備簡單，工藝簡單，無需制備掩膜版，可精確控制亞波長結構尺寸，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
【申請號】CN201520334192
【發明人】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