CO2激光诱导的光热成型法制备玻璃微透镜阵列的研究

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近年来,作为特殊的光学变换装置,微透镜及其阵列器件具有高光能利用,体积小,重量轻,易于集成等优点。它们已被广泛应用于光通信,光存储,光互连和光束变换等。玻璃作为优良的光学材料具有耐酸碱、耐高温、很好的可视性,以及很好的电绝缘性等一系列优异的物化性能。为此,研究在玻璃基材上加工微透镜阵列是一个非常重要的工艺环节。  本文尝试利用激光微加工技术在玻璃基片上制作微透镜阵列。先利用了准分子激光对F2玻璃进行刻蚀实验,并尝试了准分子激光这种“冷加工”方式在F2玻璃上制备微柱面镜或微透镜阵列的形貌结构,发现所制备样品的形貌质量较差。而后设想通过激光热成型的这种“热加工”的方法制备玻璃微透镜,并设计了低功率CO2激光光热成型法在F2玻璃上制备玻璃微透镜阵列的实验。使用光学轮廓仪及光纤探针扫描仪对所制的微透镜样品的几何轮廓、表面粗糙度及聚焦光斑进行了检测,初步探讨了该方法的可行性与可靠性。而后,在光纤激光加工系统中利用所制备的玻璃微透镜阵列设计了微加工实验,验证了使用CO2激光光热成型法制备的玻璃微透镜阵列有着较好的聚光功能和良好的透过率,所制样品具有一定实用价值。再次验证了CO2激光光热成型法制备玻璃微透镜阵列的可行性与可靠性。  然后,研究了加工过程中不同的激光功率,辐照时间,辐照区域的直径对微透镜形貌的影响。通过改变辐照区域的直径可以控制微透镜的通光口径,改变激光功率或辐照时间可以获得不同的凸起高度和曲率半径。最后使用K9玻璃进行该实验可获得相似的结果证明该方案对于多种玻璃材料具有普遍适用性。使用低功率CO2激光光热成型法制备玻璃微透镜阵列是一种快速制备玻璃微透镜阵列的新思路,可以大大降低玻璃微透镜阵列的生产成本并提高生产效率。
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