[发明专利]倒四棱锥台/四棱锥形状减反微纳结构的制造方法及系统

说明书

一种倒四棱锥台/四棱锥形状减反微纳结构的制造方法及系统，系统包括飞秒激光器、光路传输系统、矩形平顶整形单元和高倍率聚焦显微物镜。先根据系统的最优制造焦深，将倒四棱锥台/四棱锥形状分为n层，计算每一层的层面尺寸，调整系统使其焦面位于倒四棱锥台/四棱锥第1层的h/2位置处，用整形汇聚后的矩形平顶光，对该层加工；依次类推直至第n层。本发明解决现有技术控形能力差及加工能力受限的问题，采用按层面尺寸依次加工，得到深度在百微米级的减反微纳结构，提高了减反微纳结构的减反增透率；通过光斑整形按层面尺寸依次加工，提高了激光微纳加工的控形能力；自上而下加工，加工深径比更大。

技术领域

本发明涉及一种减反微纳结构的制造方法及制作系统，尤其涉及一种百微米级减反微纳结构的制造方法及制作系统。

背景技术

自然界中的动植物经过几十亿年的进化,完成了适于生存的自身结构的几乎所有功能,实现了结构、材料与功能上的优化统一。随着科学技术的发展,尤其是微观级别的测试技术的进步,某些生物表面结构所展示出来的特殊性能引起人们的极大兴趣,如荷叶表面的超疏水性能、蝴蝶翅膀的结构色、蛾眼减反等。研究生物表面的微纳结构获得启示,并在人工材料表面制备出仿生物表面微纳结构,实现生物表面的某些特殊功能,是仿生新材料发展永恒的主题。其中，减反微纳结构也是一种仿生表面。这种结构最早于上世纪60年代在飞蛾等昆虫的眼角膜中发现，其可以把角膜的表面反射率减小到接近0，同时可以增大视角，所以被认为是一种很有前途的仿生表面减反技术。

减反微纳结构通常用矢量衍射理论进行分析，通常用严格耦合波理论来进行解释。直观上来讲，可以用近似的等效介质理论来解释。因为表面加工微纳结构后，一部分表面物质被去除，并被空气填充，所以微纳结构表面的等效折射率可以看做是空气和衬底材料的平均折射率，介于空气与衬底之间，微结构作为中间层便起到了减反作用。

目前针对减反功能结构主要采用纳米压印、离子束刻蚀、激光诱导周期性结构、光刻法、化学沉积法、溶胶凝胶法等方法进行加工。上述加工方法存在工艺繁琐、控形差、大幅面及曲面加工受限等缺点。

而飞秒激光微纳加工与上述加工方法相比，以其超快、超强的独特性质，带来了全新的制造机理，使得其具有材料适应性广、极小化热影响区、几乎无重铸等加工优势；同时也由于加工中非接触、无需液体/酸碱辅助的特点，基于飞秒激光微纳加工成为了目前最有希望克服微纳结构制造难题的加工方式之一。

虽然飞秒激光微纳加工可以实现大幅面、曲面加工的优势，但是普通的激光直写加工的控形能力较差及加工能力受限。其中，控形能力较差是指：例如根据仿真软件模拟出一种金字塔结构，但由于激光为高斯分布且存在焦深，其加工出来并不是金字塔形状，会在底部呈现“坑状”结构，最终形成不规则的“U形”。加工能力受限是指：例如根据前期的软件模拟，需要加工一个深度100um、表面宽度60um的金字塔形，但是现有的激光直写微纳加工很难通过一次性加工能够得到这样的深度以及尺寸。一般一次性加工的微纳加工的深度在个微米级别(譬如2-5um),目前大多数的学术论文以及微纳制造均可以体现该问题，这就局限了减反的效率以及效果(经前期仿真，深度的增加可以大幅度提高减反功能结构的光能透过率，只是因为目前加工能力较差限制了减反光能透过率的进一步提高)。

发明内容

本发明目的是解决现有技术中飞秒激光直写微纳加工方法控形能力较差及加工能力受限的技术问题，提供一种倒四棱锥台/四棱锥形状减反微纳结构的制造方法及系统。

本发明的技术解决方案是：

一种倒四棱锥台/四棱锥形状减反微纳结构的制造方法，包括以下步骤：