Способ изготовления микролинзового упорядочного растра

 

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МИКРОЛИНЗОВОГО УПОРЯДОЧЕННОГО РАСТРА в оптическом материале путем формирования в объеме заготовки областей с отличным от исходного показателем преломпекия, отличающийся тем, что, с цепью сокращения времени изготовления с одновременным уменьшением размера микролинз и расстояния между ними, указанные области последовательно формируют путем локального термического воздействия на поверхность заготовки из порис , ГУ %С п Ъ L того оптического материала сформированным лучом лазера с длительностью воздействия С , определяемой соотношением . .л 2cfa

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (!9) (11) З(511 С 03 В 21!06; С 03 F 5/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ того оптического материала сформированным лучом лазера с длительностью воздействия 2, определяемой соотношением где с,= т„„ (21) 3481828/! 8-10 (22) 05.08.82 (46) 15.08.84. Бюл. Р 30 (72) В.П.Вейко, Г.Н.Дульнев, Г. К. Костюк, И.К. Мешковский, В.А. Чуйко и Е.Б.Яковлев (71) Ленинградский ордена Трудового

Красного Знамени институт точной механики и оптики (53) 535.8(088.8) (56) I ° . "Applied Optics", 1982, 2 I, И 6, р. 1054.

2."Electronic Letters", 1981, 17, 9 13, р. 452-455 (прототип1. (54) (57) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МИКРОЛИНЗОВОГО УПОРЯДОЧЕННОГО РАСТРА в оптическом материале путем формирования в объеме заготовки областей с отличным от исходного показателем преломления, отличающийся тем, что, с целью окращения времени изготовления с одновременным уменьшением размера микролинз и расстояния между ними, указанные области последовательно формируют путем локального термического воздействия на поверхность заготовки из порисплотность мощности потока излучения в зоне воздействия; коэффициент отражения материала заготовки; мощность излучения источника воздействия,Вт коэффициент пропусканияЯ оптической системы, формирующий зону воздействия, размер зоны воздействия, м; температура уплотнения пористого силикатного стекла; коэффициент температуропроводности заготовки, коэффициент теплопро- . водности заготовки.

1108382

Изобретение относится к технологии изготовления микролинзовых упорядоченных растров и может быть использовано в оптических системах связи, в киносъемочной аппаратуре и в лазерной технике.

Известен способ изготовления

ЩЩ 2 с1

10 с

32 плотность мощности

30,а

Устройство для реализации предлагаемого способа (фиг. 1) содержит лазер 1, электромеханический затвор 2, диафрагму 3, зеркало 4, объек50 тив 5, формирующий зону воздействия, координатный стол 6, на котором размещается заготовка 7.

В устройстве используется проекционная схема обработки, при которой зона воздействия на поверхности заготовки формируется путем проек.ции диафрагмы.

Устройство работает следующим образом. микролинзового упорядоче .ного растра ионным обменом через маску в форме матрицы с заданным шагом расстановки, т.е. обменом окислов моновалентных катионов стеклянной подложки Na" или Ка на другие моновалентные катионы, например Т1

Ф из расплава соли Т f 80,характеризующийся наибольшим для способов данного направления временем формиро1 вания 165 ч и протекающий при

500-600 С П 1.

Недостатками этого способа являются длительность процесса формирования микролинзового упорядоченного растра и ограничения на минимап|ный размер микролинзы d и шаг рас тановки р, которые при наименьших отверстиях в масках -50 мкм составляют соответствечно: d -0,91,0мми р 2,0 мм..

Известен способ из отовления микролинзового упорядоченного растра в оптическом материале путем формирования в объеме заготовки областей с отличным от исходного показателем йреломления, основанный на селективной глубинной диффузии в стеклянную подложку через маску в форме матрицы с заданным шагом расстановки, т.е. обменом окислов катионов

Na или Ка стеклянной подложки на

О 1другие катионы, например, Тс из расплава соли Ti

500-600 С С21.

Недостаток этого способа — ограничения на минимальный диаметр микролинзы Й и шаг расстановки р такие же, как и в способе ионного обмена.

Целью изобретения является сокращение времени изготовления с одновремепным уменьшением размера микролинз и расстояния между ними.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу изготовления микролинэового упорядоченного растра в оптическом материале путем формирования в. объеме заготовки областей с отличным от исходного показателем преломления, указанные области последовательно формируют путем локального термического воздействия на поверхность заготовки из пористого оптического материала сформированным лучом лазера с длительностью воздействия Y., определяемой соотношением потока излучения в зоне воздействия; коэффициент отражения материала заготовки; мощность излучения источника воздействия, Вт; коэффициент пропускания оптической системы, формирующий зону воздействия; размер зоны воздействия, м; температура уплотнения пористого силикатного стекла; коэффициент теплопроводности заготовки; коэффициент температу-. ронроводности заготовки.

На фиг. 1 показана схема устройства для реализации способа изготовления микролинзового упорядоченного растра; на фиг. 2 — микролинзы, образовавшиеся в результате локального термического воздействия в объеме

40 заготовки топщиной Н 7 а1; на фиг ° . 3 — микролинзы толщиной

Н <4 аУ; на фиг. 4 — тип микролинзы, образованной путем сошлифо-. выв ания во гнутой поверхности.

1108382

35 з

Излучение лазера 1 проходит че-. рез электромеханический затвор 2, регулирующий длительность воздействия, формируется диафрагмой 3, отражается от зеркала 4 и попадает в объектив 5, проецирующий иэображение диафрагмы, полностью заполненной лазерным излучением, на поверхность заготовки 7, размещенной на координатном столике 6 перпендикулярно падающему излучению. 10

Локальное термическое воздействие осуществляется последовательно дискретным перемещением зоны воздействия с заданным шагом расстановки р.

Дискретное перемещение зоны воздейст- 15 вия обеспечивается либо за счет сканирования луча лазера зеркалом 4, либо за счет перемещения координатного Стола, на котором размещается заготовка 7. Точность перемещения зоны воздействия до 5 мкм обеспечивает точность расстановки микролинз в микролинзовом упорядоченном растре и, следовательно, качество растра. 25

Управление размером микролинзы и ее оптическими характеристиками осуществляется изменением: длительности воздействия :; размера сформированной зоны воздействия закот 30 на распределения плотности мощности потока излучения.

Иинимал ьный размер микроли нзы, которую можно изготовить по данному способу, определяется расходимостью луча лазера 1 и оптическими характеристиками объектива 5 и состав= ляет величину -50 мкм.

Микролинзу микролинзового упорядоченного растра формируют локальным термическим воздействием на поверхность заготовки из пористого оптического материала до температуры размягчения, при которой происходит .уплотнение заготовки, т. е. смыкание пор и, следовательно, усадка материала, сопровождающаяся изменением показателя преломнения в пределах зоны воздействия сформированного луча лазера, имеющеro длину волны излучения в области максимального поглощения пористого оптического материала, например, для пористого боросиликатного стекла, 55 лазер на СО с длиной волны излучения 10,б мкм.

Формообразование микролинзовой поверхности происходит в ограниченной области под действием сил поверхностного натяжения размягченного пористого оптического материала в соответствии с температурным полем в зоне воздействия.

Определяющим фактором как для формирования определенного вида преломляющей поверхности (сферическая

i асферическая), так и для распределения показателя преломления микролинзы является распределение плотности мощности в сформированном луче лазера.

В результате локального термического воздействия образуется микролинза с вогнутой поверхностью радиуса кривизны Rq, под которым располагается слой толщины h -Гас, с показателем преломления большим показателя преломления пористого оптического материала на величину а и -10 (фиг,2) .

Ограниченный уплотненный слой микролинзу отделяет от объема заготовки преломляющая поверхность с ради-. усом кривизны R

Реально возможные величины R )

) 1 мм, и полученная таким образом микр олинэ а — отрицательная . Сошлифовк а в огнутос ти (фиг. 3) пр евр ащает в положительную микролинзу для любого возможного значения R .

При толщине заготовки Н 4 а в результате локального термического воздействия формируются обе стороны заготовки: лицевая и тыльная. Область измененного показателя преломления распространяется на всю толщину заготовки и образуется двояковогнутая микролинза.

Расстановку микролинз в упорядоченном растре осуществляют дискретным перемещением зоны воздействия с заданным шагом расстановки.

Способ изготовления микролинзового упорядоченного растра с помощью последовательного локального термического воздействия сформированным лучом лазера на поверхность заготовки из пористого оптического материала по сравнению со способом селективной глубинной диффузией позволяет сократить время изготовления в

2 раза и уменьшить размер микролинзы и расстояние между ними до

50 мкм.

1108382 ф ие, 2

Составитель В.Кежоян

Техред М. Тепер Корректор В.Бутяга

Редактор М.Бандура

Филиал ППП"Патент", r.Óæãîðoä, ул.Проектная,4

Заказ 5860/32 Тираж 464 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5