一种亚波长增透结构的制备装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及透光片的图形化结构制备技术领域，尤其涉及一种亚波长增透结 构的制备装置。
【背景技术】
[0002] 对于窗口材料，为了增加其透光率，通常需要在其表面制备图形化结构，比如蓝宝 石的图形化。
[0003] 蓝宝石具有优异的耐久性、优异的力学和热学性能，且在红外波段具有较高的透 过率，因此成为红外窗口和头罩的优选材料。但是在某些情况下，其透过率无法满足使用要 求，传统的增透方法是在蓝宝石表面镀减反膜，以增加其在红外波段的透过率。但这种方法 自身存在缺陷，如膜材材料的选择有限、膜层与蓝宝石之间的附着力不强会导致膜层脱落 等。
[0004] 在蓝宝石表面制备亚波长结构可以有限避免上述问题，并且这种方法可以精确计 算图形化尺寸，得到最佳透过率；可选择多种图形化结构；相比于镀膜蓝宝石使用寿命较 长。亚波长增透结构是指在衬底表面制备微观结构，其特征尺寸小于入射波长，只有零级衍 射的投射波和反射波。根据等效介质理论，亚波长增透结构的等效折射率与亚波长结构的 周期、占空比、高度等参数有关。对于单台阶的亚波长增透结构可以用单层膜来等效，对于 连续性的亚波长增透结构可以用折射率渐变的膜层来等效。
[0005] 传统的制备亚波长结构的方法为刻蚀法，包括干法刻蚀和湿法刻蚀。这种方法优 点是选择性好、重复性好等。但是采用刻蚀法制备亚波长结构工艺复杂，需要制备掩膜刻 板，而且无法精确控制结构尺寸，导致透过率无法达到理想值。 【实用新型内容】
[0006] 本实用新型的目的在于提供一种亚波长增透结构的制备装置，用于解决现有技术 中窗口材料的图形化制备工艺复杂，透光率不理想的技术问题。
[0007] 为达到上述目的，本实用新型所提出的技术方案为：
[0008] 本实用新型的一种亚波长增透结构的制备装置，其包括：计算机控制模块，激光 器，光学传递组件，振镜组件，聚焦系统组件，以及加工平台；所述的光学传递组件、振镜组 件、聚焦系统组件依次沿激光光路排布，由所述计算机控制模块控制激光器发射的激光参 数，并控制振镜组件和加工平台动作，使激光光束对放置于加工平台上的待加工件表面进 行扫描，制备增透结构。
[0009] 其中，其用于对蓝宝石，硫化锌，硒化锌，金刚石以及氟化镁这些窗口材料的图形 化结构的制备。
[0010] 其中，所述的激光器发射的激光波长为355-1064nm。
[0011] 其中，所述的振镜组件优选为3D振镜。
[0012] 其中，所述的激光器为皮秒或飞秒超快激光器。
[0013] 其中，其制备的增透结构为柱状，棱锥状，或圆锥状。
[0014] 与现有技术相比，该实用新型亚波长增透结构的制备装置的优点在于：设备简单， 工艺简单，无需制备掩膜版，可精确控制亚波长结构尺寸，加工精度小于特征尺寸，制备效 率高，一步完成，激光光源可选择效率高、成本低。
【附图说明】
[0015] 图1为本实用新型亚波长增透结构的制备装置的系统结构图；
[0016] 图2为本实用新型亚波长增透结构的制备方法流程图；
[0017] 图3为本实用新型亚波长增透结构的制备装置制备的增透结构为圆柱型时的结 构示意图。
【具体实施方式】
[0018] 以下参考附图，对本实用新型予以进一步地详尽阐述。
[0019] 请参阅图1，本实用新型一种亚波长增透结构的制备装置，其包括：计算机控制模 块7,激光器1，光学传递组件2,振镜组件4,聚焦系统组件5,以及加工平台6 ;所述的光学 传递组件2、振镜组件4、聚焦系统组件5依次沿激光光路排布，由计算机控制模块7控制激 光器1，根据加工需求，由计算机控制模块7控制激光参数。并控制振镜组件4和加工平台 6动作，使激光光束在待加工件表面扫描，制备增透结构。优选的，在该实施例中，在光学传 递组件2于振镜组件4之间还设有一反射镜3,反射镜3用于改变激光传递方向，从而缩减 这个设备的占据的空间。其中，本实施的待加工件为蓝宝石8,蓝宝石8放置于加工平台6 上，可随加工平台一起转动。
[0020] 光学传递组件2 -般为扩束镜装置，将激光光束进行扩大，以获得更小的聚焦光 斑。振镜组件4由X振镜、Y振镜以及Z轴直线模块组成，振镜组件4的主要作用是向下引 导光束，并通过控制可以实现激光光束的三维运动。光束经过聚焦系统5后，光束聚焦在加 工件表面。
[0021] 在其他实施例中，该亚波长增透结构的制备装置还可用于对蓝宝石，硫化锌，硒化 锌，金刚石以及氟化镁这些窗口材料的图形化结构的制备。
[0022] 优选的，激光器1皮秒或飞秒超快激光器。激光器1发射的激光波长可以为 355-1064nm。计算机控制模块7控制激光器1的启停，以及控制激光器发射的激光参数设 置，其控制的激光参数包括电流，频率，扫描速率，加工参数等。
[0023] 优选的，振镜组件4 一般为3D振镜。可在三维方向上调节激光扫描方式。计算机 控制模块7同时还控制振镜组件4和加工平台6的动作，首先将需要在蓝宝石表面制备的 增透结构图形导入到计算机中，由计算机控制振镜组件4和加工平台6的运动，从而实现精 准的图形化制备。
[0024] -种亚波长增透结构的制备方法，其包括以下步骤：
[0025] 第一步S1，根据制备条件、使用环境参数，应用等效介质理论，得到亚波长的结构 及尺寸；
[0026] 第二步S2，根据激光参数确定激光输出路径；
[0027] 第三步S3,开启激光器，在待加工工件表面制备亚波长增透结构。
[0028] 其中，所述的亚波长参数包括周期，占空比和高度。亚波长参数的计算方式应用等 效介质理论计算，距离计算如下：
[0029] 周期的确定：
[0030] 为了使图形化结构能够在宽波段、大角度范围内进行增透，并有较高的透过率，且 对偏振态不宁安，其周期应该满足下式
[0032] 其中Ax为X方向的周其月，Ay为y方向的周其月，ns为衬底折射率，ni为空气折射 率，λ为入射波长。
[0033] 本实施例中为蓝宝石衬底，ns= 1.67,增透范围为3_5μπι，入射波长取
所以图形化结构周期应满足.
但是，周期 并非越小越好，因为周期越小，制备越困难、制备精确会受到一定影响。所以在满足增透要 求的时候，因尽量使结构周期最大化，因此蓝宝石在3-5 μ m波段的增透结构周期应该接近 1. 40 μ m〇
[0034] 占空比的确定：
[0035] 根据等效介质理论公式，
[0037] 其中ni为空气折射率，rC%衬底折射率，n 2D为等效折射率。
[0038] 根据蓝宝石亚波长增透结构的反射率与等效折射率的关系：即等效折射率为 1. 29时，反射率最低，增透效果最好。
[0039] 由公式可得，当占空比为0. 52时，等效折射率为1. 29,此时增透效果最佳，与理论 相符合。因此，在设计蓝宝石为衬底在3-5 μ m波段的亚波长增透结构时，占空比应为0. 52。
[0040] 高度的确定：
[0041] 有包膜理论可知，膜层材料的光学厚度是入射波长的四分之一，即当亚波长结构 的高度h = 3. 75/4X1. 29 μ m = 0. 726 μ m时，具有最好的增透效果。
[0042] 图形化结构制备：
[0043] 在制图软件中绘制上述参数的图形化结构（以柱形为例）：周期为1. 40 μπι，占空 比为0. 52,高度为2. 9 μ m。将其导入到计算机的加工软件中，设定激光运动路径。并设置适 当的激光参数，电流、功率、频、扫描速度等，开始加工。加工过程中计算机控制激光出光，沿 光学传递系统、反射镜、之后进入振镜系统及光学聚焦系统，聚焦激光落在蓝宝石衬底上， 并开始按照设定的路径进行加工。此时，可以根据加工工件大小选择激光光束通过振镜扫 描运动，也可以激光光束通过振镜扫描运动的同时，平台带动工件运动（用于大范围加工 时）。
[0044] 透过率的检测：
[0045] 通过傅里叶红外光谱仪测试蓝宝石及图形化蓝宝石在3-5 μ m波段的透过率，结 果如下：蓝宝石衬底本身在3-5 μ m波段透过率为88%，制备上述图形化结构后的在3-5 μ m 波段透过率为99%以上。
[0046] 上述实施案例中蓝宝石衬底也可以换成是其他衬底材料，如硫化锌、硒化锌、金刚 石、氟化镁等。也可以制备在其他波段的透过率，如近红外、可见波段的增透结构。计算及 制备方法与上述相同，只需代入相应材料的折射率以及对应波段的中心波长数值进行模拟 计算，并选取适合的激光加工参数进行加工即可。
[0047] 优选的，所述的激光器为皮秒或飞秒超快激光器。
[0048] 请参阅附图3,其为增透结构为圆柱状时的结构示意图，待加工件8表面的增透结 构为圆柱状81。在其他实施例中，该增透结构也可以是棱锥状，圆锥状等。
[0049] 上述内容，仅为本实用新型的较佳实施例，并非用于限制本实用新型的实施方案， 本领域普通技术人员根据本实用新型的主要构思和精神，可以十分方便地进行相应的变通 或修改，故本实用新型的保护范围应以权利要求书所要求的保护范围为准。
【主权项】
1. 一种亚波长增透结构的制备装置，其特征在于，包括：计算机控制模块，激光器，光 学传递组件，振镜组件，聚焦系统组件，以及加工平台；所述的光学传递组件、振镜组件、聚 焦系统组件依次沿激光光路排布，由所述计算机控制模块控制激光器发射的激光参数，并 控制振镜组件和加工平台动作，使激光光束对放置于加工平台上的待加工件表面进行扫 描，制备增透结构。2. 如权利要求1所述的亚波长增透结构的制备装置，其特征在于，所述的激光器发射 的激光波长为355-1064nm。3. 如权利要求1所述的亚波长增透结构的制备装置，其特征在于，所述的振镜组件包 括3D振镜。4. 如权利要求1所述的亚波长增透结构的制备装置，其特征在于，所述的激光器为皮 秒或飞秒超快激光器。
【专利摘要】一种亚波长增透结构的制备装置，其包括：计算机控制模块，激光器，光学传递组件，振镜组件，聚焦系统组件，以及加工平台；所述的光学传递组件、振镜组件、聚焦系统组件依次沿激光光路排布，由所述计算机控制模块控制激光器，并控制振镜组件和加工平台动作，在待加工件表面制备增透结构。该实用新型亚波长增透结构的制备装置的优点在于：设备简单，工艺简单，无需制备掩膜版，可精确控制亚波长结构尺寸，加工精度小于特征尺寸，制备效率高，一步完成，激光光源可选择效率高、成本低。
【IPC分类】B23K26/064, B23K26/402
【公开号】CN204934890
【申请号】CN201520334192
【发明人】秦国双, 张 杰
【申请人】深圳英诺激光科技有限公司, 常州英诺激光科技有限公司
【公开日】2016年1月6日
【申请日】2015年5月21日