一种利用飞秒激光制备均匀、可控微透镜结构的方法技术

一种利用飞秒激光制备均匀、可控微透镜结构的方法，先将PMMA颗粒溶于甲苯，涂敷在黑色亚克力板上，固化得双层加工样片；然后搭建光路，光路包括飞秒激光器，飞秒激光器输出光经过第一反射镜使光路转90°，反射光依次经过衰减片、光圈、半波片、分光棱镜、快门、第二反射镜、聚焦物镜垂直照射在移动载物台的加工工位上，飞秒激光器、快门、移动载物台和电脑连接；再利用电脑调节飞秒激光器输出激光参数，将双层结构样片固定在移动载物台加工工位上，经飞秒激光照射，利用电脑控制移动载物台移动，本发明专利技术利用透明PMMA层和黑色亚克力板的光吸收率差异，使得膨胀区域与吸收区域的分离，使微透镜阵列结构不易破裂，提高了微透镜阵列直径和高度可控范围。

A method of using femtosecond laser to prepare uniform and controllable microlens structure

Using a femtosecond laser preparation method of uniform and controllable micro lens structure, the PMMA particles are dissolved in toluene, coated in black acrylic board, double curing processing to sample; then the optical system, the optical path includes a femtosecond laser, femtosecond laser light output after the first mirror the light path to 90 degrees, reflection the light passes through the processing station attenuation film, aperture, half wave plate, beam splitter, shutter, second mirror lens, vertical illumination in the mobile platform, femtosecond laser, shutter, mobile carrier and computer connection; and then adjust the parameters with femtosecond laser output laser computer, double sample fixed structure in the mobile carrier processing station, by femtosecond laser irradiation, the use of computer control of mobile carrier mobile, the absorption and utilization of the PMMA layer and the transparent acrylic plate black light The difference between the expansion area and the absorption region makes the structure of the microlens array not easy to rupture, and the diameter and height controllable range of the microlens array is improved.

【技术实现步骤摘要】
一种利用飞秒激光制备均匀、可控微透镜结构的方法
本专利技术属于透镜阵列
，特别涉及一种利用飞秒激光制备均匀、可控微透镜结构的方法。
技术介绍
透镜阵列广泛应用于光学器件，有机电致发光二极管，仿生复眼等领域。目前，存在多种方法制备微透镜，其中，光刻热熔，化学腐蚀等方法，工序复杂，可控性差，这些缺点是限制其发展的重大原因。而超快激光加工，由于超高的空间分辨率及“冷加工”的特性，广泛应用于精细加工
传统激光制备膨胀结构一般都在几十微米左右，尺寸可调控范围较小；利用激光加工单层材料很难得到尺寸百微米级的透镜阵列。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种利用飞秒激光制备均匀、可控微透镜结构的方法，提高了微透镜阵列直径和高度可控范围。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种利用飞秒激光制备均匀、可控微透镜结构的方法，包括以下步骤：1)将PMMA颗粒溶于甲苯，配制PMMA质量分数为15％-25％的溶液，涂敷在黑色亚克力板2上，固化得双层加工样片；双层加工样片上层的透明PMMA层1作为膨胀层材料；下层的黑色亚克力板2作为吸收层材料；2)搭建光路，光路包括飞秒激光器4，飞秒激光器4输出光经过第一反射镜5使光路转90°，反射光依次经过衰减片6、光圈7、半波片8、分光棱镜9、快门10、第二反射镜11、聚焦物镜12垂直照射在移动载物台13的加工工位上，飞秒激光器4、快门10、移动载物台13和电脑14连接，利用半波片8和分光棱镜9调节激光功率，同时电脑14通过快门10控制光路的通断，采用聚焦物镜12用于飞秒激光器4输出激光的聚焦；3)利用电脑14调节飞秒激光器4输出激光，激光波长为800nm，重频为1kHz，脉宽为120fs，脉冲数为1000-2500，激光功率为20-60mw，阵列间距400-600μm；4)将步骤1)制备的双层加工样片固定在移动载物台13加工工位上，调节移动载物台13位置，使激光3聚焦于双层加工样片的下层黑色亚克力板2，制备微透镜阵列。通过调节激光功率和阵列间距，能够调节微透镜阵列直径和高度。本专利技术的有益效果：利用上层的透明PMMA层1和下层的黑色亚克力板2的光吸收率差异，使得激光能量可以沉积到黑色亚克力板2，由黑色亚克力板2的光热作用和光化学作用产生的热应力梯度形成透镜结构；同时，沿激光3传播路线上，透明PMMA层1可吸收少量的激光能量引起材料软化，有效减小表面约束力，同时使微透镜阵列结构不易破裂，本专利技术极大的提高了微透镜阵列直径和高度可控范围，能够获得直径和高度可控范围分别为100-500μm、20-300μm的微透镜阵列。附图说明图1为本专利技术双层加工样片的示意图。图2为本专利技术光路的示意图。图3为实施例1功率20mW、脉冲数为1500、间距为400μm的结果图。图4为实施例2功率60mW、脉冲数为2000、间距为500um的结果图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。实施例1一种利用飞秒激光制备均匀、可控微透镜结构的方法，包括以下步骤：1)将PMMA颗粒溶于甲苯，配制PMMA质量分数为15％-25％的溶液，涂敷在2cm*2cm黑色亚克力板2上，固化得双层加工样片，如图1所示，上层的透明PMMA层1具有小的能量吸收率，作为膨胀层材料；下层的黑色亚克力板2具有大的能量吸收率，作为吸收层；透明PMMA层1的透光性较强，能量传递至黑色亚克力板2；被黑色亚克力板2吸收的能量引起材料的分解，透明PMMA层1吸收的能量产生软化效应，通过激光参数的调节实现透明PMMA层1的软化效应与黑色亚克力板2分解效应的平衡，实现膨胀结构的可控加工；2)搭建光路，参照图2，光路包括飞秒激光器4，飞秒激光器4输出光经过第一反射镜5使光路转90°，反射光依次经过衰减片6、光圈7、半波片8、分光棱镜9、快门10、第二反射镜11、聚焦物镜12垂直照射在移动载物台13的加工工位上，飞秒激光器4、快门10、移动载物台13和电脑14连接，利用半波片8和分光棱镜9调节激光功率，同时电脑14通过快门10控制光路的通断，采用数值孔径为0.6的聚焦物镜12用于飞秒激光器4输出激光的聚焦；3)利用电脑14调节飞秒激光器4输出激光，激光波长为800nm，重频为1kHz，脉宽为120fs，脉冲数为1500，激光功率为20mw，阵列间距400μm；4)将步骤1)制备的双层加工样片固定在移动载物台13加工工位上，调节移动载物台13位置，使激光3聚焦于双层加工样片的下层黑色PMMA层2，制备微透镜阵列。本实施例的效果：参照图3，本实施例得到直径和高度分别为149、43μm的微透镜阵列。实施例2将实施例1步骤3)中的激光功率设置为60mW，脉冲数2000，阵列间距为500μm；参照图4，本实施例可得到直径和高度分别为482、280μm的微透镜阵列。实施例3将实施例1步骤3)中的激光功率设置为40.8mW，脉冲数2500，阵列间距为450μm；可以得到直径和高度介于实施例1和实施例2的微透镜阵列。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用飞秒激光制备均匀、可控微透镜结构的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将PMMA颗粒溶于甲苯，配制PMMA质量分数为15％‑25％的溶液，涂敷在黑色亚克力板(2)上，固化得双层加工样片；双层加工样片上层的透明PMMA层(1)作为膨胀层材料；下层的黑色亚克力板(2)作为吸收层材料；2)搭建光路，光路包括飞秒激光器(4)，飞秒激光器(4)输出光经过第一反射镜(5)使光路转90°，反射光依次经过衰减片(6)、光圈(7)、半波片(8)、分光棱镜(9)、快门(10)、第二反射镜(11)、聚焦物镜(12)垂直照射在移动载物台(13)的加工工位上，飞秒激光器(4)、快门(10)、移动载物台(13)和电脑(14)连接，利用半波片(8)和分光棱镜(9)调节激光功率，同时电脑(14)通过快门(10)控制光路的通断，采用聚焦物镜(12)用于飞秒激光器(4)输出激光的聚焦；3)利用电脑(14)调节飞秒激光器(4)输出激光，激光波长为800nm，重频为1kHz，脉宽为120fs，脉冲数为1000‑2500，激光功率为20‑60mw，阵列间距400‑600μm；4)将步骤1)制备的双层加工样片固定在移动载物台(13)加工工位上，调节移动载物台(13)位置，使激光(3)聚焦于双层加工样片的黑色亚克力板(2)，制备微透镜阵列。...

【技术特征摘要】
1.一种利用飞秒激光制备均匀、可控微透镜结构的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将PMMA颗粒溶于甲苯，配制PMMA质量分数为15％-25％的溶液，涂敷在黑色亚克力板(2)上，固化得双层加工样片；双层加工样片上层的透明PMMA层(1)作为膨胀层材料；下层的黑色亚克力板(2)作为吸收层材料；2)搭建光路，光路包括飞秒激光器(4)，飞秒激光器(4)输出光经过第一反射镜(5)使光路转90°，反射光依次经过衰减片(6)、光圈(7)、半波片(8)、分光棱镜(9)、快门(10)、第二反射镜(11)、聚焦物镜(12)垂直照射在移动载物台(13)的加工工位上，飞秒激光器(4)、快门(10)、移动载物台(13)和电脑(14)连接，利用半波片...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文君，李江，梅雪松，孙学峰，潘爱飞，崔健磊，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61