[发明专利]一种掩膜贴片选区CO2激光辐照制作玻璃微透镜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用激光在玻璃表面制造微透镜的方法，属于激光领域。

背景技术

玻璃作为重要的光学材料具有良好的物理、光学性能，在工业生产及日常生活中都有广泛的应用。但是由于玻璃的硬脆特性，长期以来，玻璃微透镜及微透镜阵列的制造都是一个难题。如何使用低成本、高效率的加工方法制造玻璃微透镜及微透镜阵列成为微光学元件生产的重要发展方向。针对以上内容，有必要提出一钟效率高，成本低的玻璃微透镜加工方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用激光在玻璃表面制造微透镜的方法。

玻璃微透镜的激光选区辐照加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）选择带有圆孔或圆孔阵列的铜镍合金模板，清洗后紧挨着放在玻璃片上，然后置于CO₂激光下方；

（2）利用CO₂激光离焦30-50mm辐照铜镍合金模板，根据加工要求辐照10-60s,功率40-50W；

（3）停止辐照，吹惰性气体冷却5-10s

（4）分开玻璃与模板，完成加工。

上述铜镍合金模板孔的直径可以在0.1-2㎜之间。

本发明可以在玻璃表面加工出微透镜。本发明中，激光选区辐照所使用的装置包括计算机、激光器、计算机与激光器连接的数据线、激光运动控制系统、工作台、铜镍合金模板。

本发明的工作原理是：玻璃是高硬脆性材料，加工过程中容易产生裂纹甚至材料破碎。CO₂激光的波长为10.6μm，加工玻璃主要是利用光热效应。用激光辐照玻璃，玻璃发生热胀冷缩，产生形变。然而，直接用CO₂激光辐照玻璃，由于玻璃受热不均匀，温度梯度过大会导致玻璃碎裂。本发明通过金属模板辅助辐照加工，一方面可以对整块玻璃有个加热和预热的效果，使整片玻璃的温度梯度不至于过高而导致玻璃碎裂，另一方面，金属模板通孔处可透过激光直接对玻璃起辐照作用，玻璃在该处受到很大的光热作用发生较大膨胀，由于表面张力的作用在该处形成上凸的凸透镜。

本发明可实现玻璃基板中微透镜的加工且不损坏周围的玻璃材料。

本发明可以在玻璃基片上制造微透镜或微透镜阵列，本发明中，制造微透镜的装置包括计算机、激光器、计算机与激光器连接的数据线、激光运动控制系统、工作台、铜镍合金模板。

本发明的特点：

1.利用激光进行玻璃加工，属于非接触式加工。精度高，速度快

2.有效的避免了光热加工过程中玻璃的脆裂

3.可以通过改变模板的通孔尺寸大小及排布得到相应孔径及排布的微透镜或微透镜阵列，也可以通过改变激光能量大小或者光斑离焦长度以及辐照时间而控制微透镜的纵向深度。操作简单且灵活性强。

附图说明

图1本发明所使用的玻璃选区辐照系统的结构示意图

图中：1.计算机控制系统；2.激光驱动；3.CO₂激光器；4.反射镜；5.聚焦物镜；6.模板；7.玻璃基片；8.工作台

图2加工后的实物图。

具体实施方式

本发明可以在玻璃上进行选区辐照加工微透镜或微透镜阵列。选区辐照所使用的装置包括计算机、激光器、计算机与激光器连接的数据线、激光运动控制系统、工作台、铜镍合金模板，其连接见图1。

其步骤包括：

（1）根据加工要求，使用合适的带有圆孔或圆孔阵列的金属模板

（2）设置合适的离焦量及激光功率

（3）将清洗并干燥后的铜镍合金模板和玻璃基片叠放好.

（4）开启激光器，对铜镍合金模板进行辐照，玻璃在通孔处受到较大的光热作用而形成上凸的透镜

（5）关闭激光，使用惰性气体进行冷却，加工完成。

所述的离焦辐照是指将CO₂激光的焦点置于合金模板之上30-50㎜对模板及玻璃进行辐照，辐照位置在模板的工作区内，也就是圆孔或者圆孔阵列的区域

首先有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制。

本发明选用厚度为1mm的F2光学玻璃作为材料；选用铜镍合金作为模板材料，选用CO₂激光对模板选区进行离焦辐照

本实例按照以下方法进行，将铜镍合金模板、F2光学玻璃进行清洗及干燥，置于加工平台上；设置CO₂激光的离焦量约30㎜，功率为50W，辐照时间为30S，在模板上进行辐照。模板的通孔为1㎜的圆孔。辐照结束后吹气冷却5s。完成加工，实物图如图2所示。