[发明专利]石英玻璃随机微透镜阵列匀光元件及其制备方法

说明书

石英玻璃随机微透镜阵列匀光元件及其制备方法，属于光学器件技术领域，包括以下步骤：步骤1、使用化学刻蚀法在超白玻璃上制备匀光元件模板；步骤2、使用PDMS和“液体玻璃”对步骤1中所述的超白玻璃模板软复制并固化；步骤3、对步骤2中制备的物体进行热处理，以得到石英玻璃匀光元件；本发明通过软复制协同热处理液体玻璃的方法制备了石英玻璃匀光元件，该方法避免了强酸强碱进行化学刻蚀的危险性，其工艺简单，降低了器件的制备成本，制备的石英玻璃器件具有高物化稳定性，高耐磨耐候性、高耐热，耐腐蚀性等特点。

技术领域

本发明属于光学器件技术领域，特别是涉及到一种基于压印和热处理技术的石英玻璃随机微透镜阵列匀光元件及其制备方法。

背景技术

近年来，激光因在激光照明、激光检测和通信等领域有着广泛的应用而备受关注。然而，激光的强度通常为高斯分布，需要将其转换为具有平顶光强分布的均质激光束以实现在光刻、激光加工、和高性能照明领域的应用。到目前为止，已经提出一些方法可以实现光束均匀化，如非球面透镜组、自由曲面透镜、衍射光学元件(DOE)和微透镜阵列(MLA)。相比之下，具有高能量利用率，高灵活集成性和高均匀性的微透镜阵列(MLA)被认为是最常用的均质器之一。

然而，由于MLA的周期性，小光束之间也会发生干涉，由此产生的干涉条纹出现在得到的均质化光斑中，会影响均质化光斑的均匀性。为了消除干扰对均质化光斑的影响，可以将透镜阵列的子透镜的相位设置为随机排列的方式，以及通过设计了一个具有随机孔径和排列的子透镜的连续轮廓MLA来打破了小光束之间的相干性，实现80-90％以上的均匀性能。受加工技术的限制，仅有在超白玻璃上实现高效率、低成本的制备了大面积的rMLA被报道。但是超白玻璃物化性能较差，易磨损，易被腐蚀是这些性质限制了其应用的主要因素。

石英玻璃作为一种传统材料，因其具有良好的物化稳定性，耐火耐候性和高硬度，耐磨损耐腐蚀以及高透过性被引起广泛的关注。是一种理想的替代材料。若能成功在石英玻璃上做出大面积的rMLA便可解决此问题。但是，石英玻璃难以定向成型，目前在玻璃表面上进行微结构成型的方法大多采取有害的高浓度氢氟酸进行化学刻蚀获得，存在一定的危险性，且刻蚀效果不佳，不利于高性能器件的制备。因此，基于可光固化的无定形二氧化硅纳米复合材料“液体玻璃”(Liquid Glass)材料实现快速，便利，低成本且能够实现大面积加工的层压协同热处理技术不失为一种很好的选择。因此，如何制备石英玻璃匀光元件，避免强酸强碱进行化学刻蚀的危险性，提高制备精度与匀化性能是石英玻璃匀光元件制备中需要解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供石英玻璃随机微透镜阵列匀光元件及其制备方法，解决现有技术中石英玻璃匀光元件制备困难，制备精度低不利于高性能器件的制备的问题。

石英玻璃随机微透镜阵列匀光元件的制备方法，包括以下步骤，且以下步骤顺次进行，

步骤一、随机微透镜阵列设计

微透镜阵列采用长方形或六边形阵列，掩模版采用随机位置刻蚀，刻蚀微单元孔径D，刻蚀深度h，空气折射率n₁，玻璃折射率n₂，微单元散射角θ；切割后阵列的方形微单元边长D_x和D_y，其散射角分别a_x和a_y之间的数学关系为，

采用随机位置刻蚀，掩模孔的大小确定为r＝2μm，刻蚀时间t、刻蚀孔径D、刻蚀深度h、刻蚀面曲率半径R之间的数学关系为，

D＝43.48*(t_(min)-9.97)^7/50

h＝57.69-42.99*t_(min)^6/125