透镜、第二外环透镜和第三外环透镜一体式结构。
[0040]实施例一:
[0041]参照图1和图2，通过一次飞秒激光改性、氢氟酸腐蚀过程制备三焦点透镜。包括以下主要步骤:
[0042]步骤一、硬质基板材料的清洗:依次使用丙酮、乙醇、去离子水分别超声波清洗5min,对硬质基板材料260进行有效清洗；硬质基板260材料，包括熔融石英、K9玻璃、硅片中的一种；
[0043]步骤二、飞秒激光改性:参照图1，飞秒激光发生器210产生的飞秒激光脉冲280，经过参数调制光路220、半透半反镜或窄带高反片240，然后通过光学聚焦镜头250聚焦到硬质基板260表面；硬质基板260固定在可编程控制三维平移台270上。参照图2，将三焦点透镜凹面结构飞秒激光影响区分解成三块区域，循环进行飞秒激光改性和氢氟酸溶液腐蚀，最终形成具有三焦点透镜凹面结构的飞秒激光影响区；其中的飞秒激光改性过程调节的参数包括:光学聚焦镜头250参数、激光能量、单点改性的脉冲次数、扫描改性的路径。飞秒激光280为一种超短脉冲激光，中心脉宽为30-150fs、波长为325-1200nm、单脉冲能量为1-100 μ J、重复频率ΙΟΗζ-ΙΟΟΚΗζ ;光学聚焦镜头250为显微镜物镜，放大倍数在10-100之间，数值孔径NA值0.5-0.95之间；
[0044]步骤三、氢氟酸溶液腐蚀:将扫描后的石英玻璃置于超声波环境的氢氟酸溶液中进行选择性腐蚀，形成硬质基板260上的多焦点凹面透镜结构261，261’为三焦点凹面透镜261的俯视图；氢氟酸溶液，为浓度5%-10%的氢氟酸稀溶液，腐蚀温度根据对透镜的形貌要求控制在20-50°C之间；
[0045]步骤四、多焦点透镜复制:以三焦点凹面透镜结构262为母版，通过热压工艺，在具有较低热屈服温度材料上翻模复制三焦点凸面透镜291，291’为三焦点凸面透镜291的俯视图。
[0046]实施例二:
[0047]参照图3和图1，通过多次飞秒激光改性、氢氟酸腐蚀过程制备双焦点透镜。包括以下主要步骤:
[0048]步骤一、硬质基板材料的清洗:依次使用丙酮、乙醇、去离子水分别超声波清洗5min,对硬质基板材料260进行有效清洗；硬质基板260材料，包括熔融石英、K9玻璃、硅片中的一种；
[0049]步骤二、飞秒激光第一次改性:参照图1，飞秒激光发生器210产生的飞秒激光脉冲280，经过参数调制光路220、半透半反镜或窄带高反片240，然后通过光学聚焦镜头250聚焦到硬质基板260表面；硬质基板260固定在可编程控制三维平移台270上；通过飞秒激光改性形成第一块材料改性区，作为双焦点凹面透镜的一部分曲面；所述的步骤二中的飞秒激光280为一种超短脉冲激光，中心脉宽为30-150fs、波长为325-1200nm、单脉冲能量为1-100 μ J、重复频率ΙΟΗζ-ΙΟΟΚΗζ。光学聚焦镜头250为显微镜物镜，放大倍数在10-100之间，数值孔径NA值0.5-0.95之间；
[0050]步骤三、氢氟酸溶液第一次腐蚀:利用氢氟酸对石英材料飞秒激光改性区的高腐蚀率特性，将第一次改性后的石英玻璃置于超声波环境的氢氟酸溶液中进行选择性腐蚀，形成硬质基板260上的单焦点凹面透镜结构262，262’为单焦点凹面透镜262的俯视图；氢氟酸溶液，为浓度5%-10%的氢氟酸稀溶液，腐蚀温度根据对透镜的形貌要求控制在20-50°C之间；
[0051]步骤四、秒激光第二次改性:在已形成的单焦点凹面透镜结构262基础上再次进行飞秒激光改性，形成第二块材料改性区，作为双焦点凹面透镜的第二部分曲面；
[0052]步骤五、氢氟酸溶液第二次腐蚀:将第二次改性后的石英玻璃置于超声波环境的氢氟酸溶液中进行选择性腐蚀，形成硬质基板260上的双焦点凹面透镜结构263，263’为双焦点凹面透镜263的俯视图；
[0053]步骤六、多焦点透镜复制:以硬质基板260上的双焦点凹面透镜结构263为母版，通过热压工艺，在具有较低热屈服温度材料上翻模复制双焦点凸面透镜290，290’为双焦点凸面透镜290的俯视图。
【主权项】
1.一种多焦点透镜，其特征在于: 包括中心透镜和第一外环透镜； 所述中心透镜的前端面为曲面，其后端面为平面； 所述第一外环透镜的后端面为平面，其前端面包括设置在中心的第一平面以及设置在第一平面外的第一环曲面；所述第一平面与中心透镜的后端面重合； 所述中心透镜前端面的焦距比第一环曲面的焦距短。
2.一种多焦点透镜，其特征在于: 包括中心透镜、第一外环透镜和第二外环透镜； 所述中心透镜的前端面为曲面，其后端面为平面； 所述第一外环透镜的后端面为平面，其前端面包括设置在中心的第一平面以及设置在第一平面外的第一环曲面；所述第一平面与中心透镜的后端面重合； 所述第二外环透镜的后端面为平面，其前端面包括设置在中心的第二平面以及设置在第二平面外的第二环曲面；所述第二平面与第一外环透镜的后端面重合； 所述中心透镜前端面的焦距比第一环曲面的焦距短；所述第一环曲面的焦距比第二环曲面的焦距短。
3.一种多焦点透镜，其特征在于: 包括中心透镜、第一外环透镜、第二外环透镜和第三外环透镜； 所述中心透镜的前端面为曲面，其后端面为平面； 所述第一外环透镜的后端面为平面，其前端面包括设置在中心的第一平面以及设置在第一平面外的第一环曲面；所述第一平面与中心透镜的后端面重合； 所述第二外环透镜的后端面为平面，其前端面包括设置在中心的第二平面以及设置在第二平面外的第二环曲面；所述第二平面与第一外环透镜的后端面重合； 所述第三外环透镜的后端面为平面，其前端面包括设置在中心的第三平面以及设置在第三平面外的第三环曲面；所述第三平面与第二外环透镜的后端面重合； 所述中心透镜前端面的焦距比第一环曲面的焦距短；所述第一环曲面的焦距比第二环曲面的焦距短；所述第二环曲面的焦距比第三环曲面的焦距短。
4.制备权利要求1至3所述多焦点透镜的加工设备，其特征在于: 包括产生飞秒激光脉冲(280)的飞秒激光发生器(210)、参数调制光路(220)、光学CXD(230)、半透半反镜或窄带高反片(240)、光学聚焦镜头(250)、硬质基板(260)以及三维平移台(270)； 所述参数调制光路(220)、半透半反镜或窄带高反片(240)依次位于飞秒激光脉冲(280)的出射光路上； 所述光学CXD (230)位于半透半反镜或窄带高反片(240)的透射光路上； 所述光学聚焦镜头(250)、硬质基板(260)位于半透半反镜或窄带高反片(240)的反射光路上； 所述硬质基板(260)设置于三维平移台(270)上。
5.根据权利要求4所述的多焦点透镜的加工设备，其特征在于:所述的硬质基板(260)的材料是熔融石英或K9玻璃或硅片。
6.根据权利要求4或5所述的多焦点透镜的加工设备，其特征在于:所述光学聚焦镜头(250)为显微镜物镜，放大倍数在10-100之间，数值孔径NA值0.5-0.95之间。
7.权利要求1至3所述多焦点透镜的加工方法，其特征在于:包括以下步骤: 1)清洗硬质基板材料； 2)飞秒激光改性: 飞秒激光脉冲经过参数调制后，聚焦到硬质基板(260)表面； 飞秒激光脉冲对硬质基板(260)进行不同深度、不同区域分布上的表面改性； 通过光学CXD (230)对飞秒激光改性过程进行观察和检测； 3)氢氟酸溶液腐蚀: 将步骤2)改性后的石英玻璃置于超声波环境的氢氟酸溶液中进行选择性腐蚀，形成硬质基板(260)上的多焦点凹面透镜结构； 4)多焦点透镜复制: 以硬质基板(260)上的多焦点凹面透镜结构为母版，通过热压工艺，翻模复制多焦点凸面透镜。
8.根据权利要求7所述的多焦点透镜的加工方法，其特征在于: 所述步骤2)中的飞秒激光(280)中心脉宽为30-150fs、波长为325_1200nm、单脉冲能量为 1-100 μ J、重复频率 ΙΟΗζ-ΙΟΟΚΗζ ； 所述步骤3)中的氢氟酸溶液为浓度5%-10%的氢氟酸稀溶液，腐蚀温度在20-50°C之间； 所述的硬质基板(260)的材料是熔融石英或K9玻璃或硅片。
9.根据权利要求7或8所述的多焦点透镜的加工方法，其特征在于: 所述步骤2)和步骤3)具体如下: 将硬质基板(260)固定在三维平移台(270)上； 进行第一次飞秒激光定点多脉冲改性或者扫描改性，之后进行步骤3)获得简单曲面的凹透镜结构； 重复进行飞秒激光定点多脉冲改性或者扫描改性和步骤3)，在上次获得的凹透镜结构上重复加工复合的凹透镜结构，最终获得多焦点凹透镜结构。
【专利摘要】本发明提出一种多焦点透镜及加工设备和方法，包括产生飞秒激光脉冲280的飞秒激光发生器210、参数调制光路220、光学CCD230、半透半反镜240、光学聚焦镜头250、硬质基板260以及三维平移台270；飞秒激光发生器210、参数调制光路220、窄带高反片240依次位于同一光路；光学CCD230、半透半反镜240、光学聚焦镜头250、硬质基板260位于同一光路，硬质基板260设置于三维平移台270上。本发明多焦点透镜的加工设备及其加工方法，工艺简单、曲面可控。
【IPC分类】G02B3-10, G02B21-02
【公开号】CN104808268
【申请号】CN201410044664
【发明人】陈烽, 杨青, 边浩, 杜广庆, 柳克银
【申请人】西安交通大学
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2014年1月29日