一种微阵列光学元件模具的制作方法和应用与流程

本发明涉及光学技术领域，尤其是涉及一种微阵列光学元件模具的制作方法和应用。

背景技术：

目前，微透镜阵列一般采用离子交换法、光敏玻璃热成型法、光刻胶热熔法等方法制作而成。这些方法各有各的优缺点，比如离子交换法参数难控制，光敏玻璃热成型法曲率半径较难控制，光刻胶热熔法适用的透镜材料有限等，而且这些方法都存在加工周期长、难以大规模生产等缺陷。目前还没人提出飞秒激光制作微透镜阵列模具的概念，使用飞秒激光制作微阵列模具可以缩短微阵列光学元件加工周期，大规模生产成为一种可能。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种设计合理，结构简单，制作简易，成本低廉的微阵列光学元件模具的制作方法和应用。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种微阵列光学元件模具的制作方法，其包括以下步骤：

1）用飞秒激光刻出与微阵列光学元件形状相适配的光学模具；

2）采用表面熔化或者抛光方法，将光学模具的表面制作成光学级的光学表面，得到微阵列光学元件模具；

所述表面熔化方法为：采用连续激光聚焦光学模具的表面以迅速熔化其表面，产生自然张力使得光学模具具有光学表面；

所述抛光方法为：采用软抛光垫抛光、微球抛光、磁流变抛光和微凸针头抛光中的一种以上制作光学模具的光学表面。

作为优选，所述光学模具由玻璃或金属成型。

一种微阵列光学元件模具的应用，利用微阵列光学元件模具对光学材料进行压制加工，制得微阵列光学元件。

作为优选，所述微阵列光学元件为微透镜阵列或者微v槽。

作为优选，所述微阵列光学元件为微透镜阵列时，步骤1）中的光学模具具有多个半径r为10-100μm的凸球面或凹球面。

作为优选，步骤2）中所述表面熔化方法为：采用连续激光聚焦光学模具的微凹或者微凸球面以迅速熔化其表面，产生自然张力使得光学模具具有光学表面。

作为优选，所述微阵列光学元件为微v槽时，步骤1）中的光学模具具有多个v型槽。

作为优选，步骤2）中所述表面熔化方法为：采用连续激光聚焦光学模具的v型槽面以迅速熔化其表面，产生自然张力使得光学模具具有光学表面。

本发明采用以上技术方案，利用飞秒激光器在硬脆材料上可实现高效去除（0.01-1μm/脉冲）加工，使其能够加工制作10μm-100μm量级的微透镜模具，使用飞秒激光制作微透镜模具可以缩短微透镜阵列加工周期，可以大大减少成本，有利于实现大规模生产。本发明设计合理，结构简单，制作简易，成本低廉。本发明制作微v槽的原理及思路与制作微透镜阵列相同。

飞秒激光器刻模，虽然刻出球面或非透面微透镜形状是没有任何问题，但是过去之所以无人刻模成功，一个最严重问题是雕刻表面不是光学表面，本专利上述方法能够使得诸如微透镜阵列模具和微v槽模具等微阵列光学元件的表面达到光学级别表面。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明：

图1为本发明微阵列光学元件的制作方法实施例1示意图；

图2为本发明实施例1中抛光方法示意图；

图3为本发明实施例2中表面熔化方法示意图；

图4为本发明微v槽模具结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

如图1-4之一所示，本发明微阵列光学元件的制作方法，其包括以下步骤：

1）用飞秒激光刻出与微阵列光学元件形状相适配的光学模具；

2）采用表面熔化或者抛光方法，将光学模具的表面制作成光学级的光学表面，得到微阵列光学元件模具；

所述表面熔化方法为：采用连续激光聚焦光学模具的表面以迅速熔化其表面，产生自然张力使得光学模具具有光学表面；

所述抛光方法为：采用软抛光垫抛光、微球抛光、磁流变抛光和微凸针头抛光中的一种以上制作光学模具的光学表面。

作为优选，所述光学模具由玻璃或金属成型。

一种微阵列光学元件模具的应用，利用微阵列光学元件模具对光学材料进行压制加工，制得微阵列光学元件。

作为优选，所述微阵列光学元件为微透镜阵列或者微v槽。

实施例1

如图1所示，所述微阵列光学元件为微透镜阵列时，微透镜阵列模具的制作方法包括以下步骤：

1）用飞秒激光刻出与微透镜阵列形状相适配的光学模具，该光学模具具有多个半径r为10-100μm的凸球面或凹球面；

2）采用抛光方法，将光学模具的表面制作成光学级的光学表面，得到微透镜阵列模具；

所述抛光方法为：采用软抛光垫抛光、微球抛光、磁流变抛光和微凸针头抛光中的一种以上制作光学模具的光学表面。

一种微透镜阵列模具的应用，利用微透镜阵列模具对光学材料进行压制加工，制得微透镜阵列。

如图2所示，作为优选，所述微球抛光为：采用微玻璃珠或者微钢珠摆转抛光制作微阵列模具的光学表面；具体地，采用微玻璃珠或者微钢珠粘在一个细棒上通过机械摆转逐个抛光微透镜阵列模具。

实施例2

如图3所示，所述微阵列光学元件为微透镜阵列时，步骤2）中采用表面熔化方法，将光学模具的表面制作成光学级的光学表面，得到微透镜阵列模具；

所述表面熔化方法为：采用连续激光聚焦光学模具的微凹或微凸球面以迅速熔化其表面，产生自然张力使得光学模具具有光学表面。

作为优选，所述光学模具由玻璃或金属成型。

作为优选，所述微阵列光学元件为微v槽时，步骤1）中的光学模具具有多个v型槽。

作为优选，步骤2）中方法a为采用连续激光聚焦光学模具的v型槽面以迅速熔化其表面，产生自然张力使得光学模具具有光学表面。

实施例3

如图4所示，所述微阵列光学元件为微v槽时，微v槽模具的制作方法包括以下步骤：

1）用飞秒激光刻出与微v槽形状相适配的光学模具；

2）采用表面熔化或者抛光方法，将光学模具的表面制作成光学级的光学表面，得到微v槽模具；

所述表面熔化方法为：采用连续激光聚焦光学模具的v型槽面以迅速熔化其表面，产生自然张力使得光学模具具有光学表面；

所述抛光方法为：采用软抛光垫抛光、微球抛光、磁流变抛光和微凸针头修抛光中的一种以上制作光学模具的光学表面。

一种微v槽模具的应用，利用微v槽模具对光学材料进行压制加工成型，得到微v槽。

本发明采用以上技术方案，制作微v槽的原理及思路与制作微透镜阵列相同。

飞秒激光器刻模，虽然刻出球面或非透面微透镜形状是没有任何问题，但是过去之所以无人刻模成功，一个最严重问题是雕刻表面不是光学表面，本专利上述方法能够使得微透镜阵列模具和微v槽模具的表面达到光学级别表面。

技术特征：

技术总结
本发明涉及光学技术领域，尤其是涉及一种微阵列光学元件模具的制作方法，其包括以下步骤：1）用飞秒激光刻出与微阵列光学元件形状相适配的光学模具；2）采用表面熔化或者抛光方法，将光学模具的表面制作成光学级的光学表面，得到微阵列光学元件模具；所述表面熔化方法为：采用连续激光聚焦光学模具的表面以迅速熔化其表面，产生自然张力使得光学模具具有光学表面；所述抛光方法为：采用软抛光垫抛光、微球抛光、磁流变抛光和微凸针头抛光中的一种以上制作光学模具的光学表面。一种微阵列光学元件模具的应用，利用微阵列光学元件模具对光学材料进行压制加工，制得微阵列光学元件。

技术研发人员：吴砺;包凌东;黄宏
受保护的技术使用者：福州高意光学有限公司
技术研发日：2018.04.28
技术公布日：2019.11.05