利用偏振CO2激光干涉加工镜片防雾结构的装置制造方法及图纸

本申请涉及一种利用偏振CO2激光干涉加工镜片防雾结构的装置，其包括CO2激光器、机械快门、起偏器、分光镜、反射镜，待加工镜片，吸光器，起偏器为与入射光轴呈布儒斯特角放置的锗片，可将入射的圆偏振态的CO2激光分解起偏为线偏振的反射光和透射光，吸光器对透射光进行吸收，分光镜对反射光进行分光，分光后的反射光经反射镜分别反射后，会聚到待加工镜片表面重合并干涉，得到干涉激光条纹加工出的周期性平行沟槽的微纳防雾结构。实现了效果良好的镜片防雾微结构的激光加工；相比于现有的镀膜防雾技术，在耐久性、低成本、使用方便等方面具有明显优势。

A device using polarization CO2 laser to interfere with the anti fogging structure of the lens

The invention relates to a device for preventing fog interference processing lens structure using polarized CO2 laser, CO2 laser, which comprises a mechanical shutter, a polarizer, a spectroscope, reflector, lens machining, light absorbing device, a polarizer is a piece of germanium Brewster angle placed with the incident optical axis, the CO2 laser circle the polarization of the incident polarization decomposition for reflected light and transmitted light of linear polarization, absorption device of optical absorption spectroscope, reflected light light, reflected light after the light through the mirror reflection respectively after converging lens surface to be processed with heavy interference, get periodic interference stripe laser the processed trench parallel micro nano anti fog structure. It has achieved good effect in laser processing of anti fog micro structure with lens. Compared with the existing coating antifogging technology, it has obvious advantages in durability, low cost and convenient operation.

【技术实现步骤摘要】
利用偏振CO2激光干涉加工镜片防雾结构的装置
本技术属于激光干涉加工领域，具体涉及一种利用偏振CO2激光干涉加工镜片防雾结构的装置。
技术介绍
镜片作为一种常见的光学元件，在各个领域均有着广泛的应用，尤其是眼镜。但当镜片所处的环境温度突然降低，空气中的水蒸气受冷凝结成液滴，附着在镜片表面，会降低镜片的透过率，影响人的视觉，甚至引发一些严重的后果，比如车祸、医疗事故等，因此镜片防雾技术一直以来备受关注。传统的防雾方法可分为亲水性防雾和疏水性防雾，都是在镜片表面镀一层亲水薄膜或疏水薄膜，达到防雾的目的，但是膜的耐久性不佳，不能长期保持疏水性。激光干涉光刻提供了一种快速的表面改性方法，并被用于改善材料表面的浸润性，这方面的灵感来自于仿生学，通过模拟制作大自然中的功能表面，可以得到良好的防雾效果。激光干涉光刻是利用两束或多束激光在材料表面产生干涉，形成周期性强弱相间的能量分布，进而实现激光对材料的三维刻蚀。通过控制激光束的波长、夹角、偏振态、功率和曝光时间等工艺参数，可在材料表面获得特定尺寸的微纳结构。这种技术与传统的镀膜技术相比，具有耐久、环保、低成本等优势。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本技术设计利用偏振CO2激光干涉加工镜片防雾结构的装置，首先利用特殊角度放置的抛光锗片，将原本是圆偏振状态输出的CO2激光变成线偏振光，然后进行分光和分别反射、光斑叠加干涉，进而进行高效率的双光束干涉加工，在镜片表面制作出防雾微结构的装置。为达到上述目的，本技术通下述技术方案实现：一种利用CO2激光进行镜片表面防雾结构加工的装置，其包括CO2激光器、机械快门、起偏器、分光镜、反射镜，待加工镜片，吸光器，其特征在于起偏器为与入射光轴呈布儒斯特角放置的锗片，可将入射的圆偏振态的CO2激光分解起偏为线偏振的反射光和透射光，吸光器对透射光进行吸收，分光镜对反射光进行分光，分光后的反射光经反射镜分别反射后，会聚到待加工镜片表面重合并干涉，得到干涉激光条纹加工出的周期性平行沟槽的微纳防雾结构。所述起偏器的布儒斯特角为75.9°，其有效直径为Φ25mm，厚度为2mm。采用一级以上分光镜和反射镜对反射光进行反射，实现1分2、2分4、或4分8的分光。还包括指引光激光器，采用人眼可见的激光作为指示光，经分光镜反射和透射后与CO2激光同轴，起指引作用，辅助CO2激光加工和光路调整。沟槽间距可通过改变反射镜的角度与位置进行调整，反射镜安装可调支架上，便于移动和角度调整。所述吸光器由金属外壳和耐火吸收材料内芯制成，内芯将吸收的透射光转变为热能，通过金属外壳散发出去。所述镜片为树脂镜片或其它可被红外激光加工的镜片。本技术相比于现有技术有以下优点：因CO2激光的波长位于远红外波段，可被镜片材料吸收，实现汽化和切割；该装置采用了与入射光轴呈布儒斯特角放置的起偏器，将圆偏振光变为线偏振光，实现了效果良好的镜片防雾微结构的激光加工；相比于现有的镀膜防雾技术，在耐久性、低成本、使用方便等方面具有明显优势；(2)还采用了指引光装置，指引光经调整后与红外激光同轴，解决了红外激光因为不可见所以在加工和调整中不方便的困难问题。附图说明图1为本技术的系统结构原理图；图2为起偏器的光路原理图；图3a为计算机模拟的双光束干涉条纹的功率大小效果图；图3b为计算机模拟的双光束干涉条纹的功率大小效果图图4为实际加工出镜片表面的沟槽结构，左图为60.8μm，右图为30.5μm。具体实施方式下面结合附图对本技术进行详细阐述，以使本技术的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本技术的保护范围做出更为清楚明确的界定。本技术的基本构思如附图1所示：CO2激光器1发出的激光经过机械快门2后，由按布儒斯特角放置的起偏器3对激光束进行分解起偏，将圆偏振态的激光束变为线偏振态反射光(p波)和透射光(s波)，对透射光采用吸光器9进行吸收消除，对反射光采用分光镜4进行1:1分光，将光束分成功率相等的两束反射光，两束光再经过反射镜5、6被分别反射到待加工镜片7上，调整反射镜5、6的位置和角度，使得两束光在待加工表面7上重合并形成干涉条纹，利用条纹的功率强弱不同对材料表面进行加工，可得到周期性平行沟槽的微纳防雾结构；指引光激光器8发出红色650nm的激光，利用分光镜4获得反射光和透射光，分别与CO2激光的透射部分和反射部分重合或平行，对它们起指引作用，指引光激光器8、起偏器3和反射镜5、6都分别固定在可调支架上，以便于对角度和位置进行精确调整，从而实现在镜片表面上的加工。所述CO2激光器1为大功率气体激光器(可根据加工需要更换激光器，本方案中由于树脂镜片在可见光波段透过率高，故采用红外波段的CO2激光进行加工)，波长10.6μm，功率150W，出射光束直径Φ8mm，发散角5mrad。所述机械快门2采用单片机控制，响应时间1ms，有效口径为Φ10mm，机械快门2可将连续输出的激光束斩波为脉冲段，脉冲宽度为10～20ms，实现镜片的汽化和切割，根据镜片材质不同，可采用相应合适的脉冲宽度，实现理想的汽化切割效果。所述起偏器3为经过抛光和镀膜的锗片，其法线与激光入射角方向成布儒斯特角，其有效直径为Φ25mm。所述分光镜4采用ZnS红外晶体材料并镀膜，镀膜的膜系设计为将10.6μm的CO2激光进行1:1分光，同时对650nm的半导体激光也进行分光。所述反射镜5、6优选K9玻璃制造，反射面镀金，为高反射膜HR@10.6μm，两个镜片都分别固定在二维精密调整架上，并置于光学平台上，便于平移位置并锁紧。所述待加工材料7为树脂镜片或其它可被红外激光加工的镜片，作为被加工对象。所述指引光激光器8为半导体激光器，发出650nm的红色可见光，经分光镜反射和透射后与CO2激光同轴，起指示作用。所述吸光器9对无用的激光束进行吸收和滤除，由金属外壳和耐火吸收材料内芯制成，内芯材料将入射的红外激光转变为热能，通过金属外壳散发出去。对无用的激光束进行吸收和滤除，由金属外壳和耐火吸收材料内芯制成，内芯材料将入射的红外激光转变为热能，通过金属外壳散发出去。所述激光器，机械快门、起偏器、分光镜、反射镜、指引光激光器等整个系统均放置在光学平台上，通过改变2个反射镜5、6的角度与位置，进而改变了夹角，得到不同的加工周期。在一个方向上加工完成后，可以调换待镜片的x轴与y轴，这样就可以实现网状加工效果；本方案在分光镜4后面还可以二次分光，进行4光束激光干涉加工。计算示例如下，参见图2：激光器输出波长为10.6μm，锗片折射率为4.008，由布儒斯特角度计算公式：由锗片折射率n2＝4.008，大气折射率n1＝1，得θ＝75.9°；当反射镜5、6反射的两束光夹角为α＝20°时，加工周期当反射镜5、6反射的两束光夹角为α＝10°时，加工周期图3为计算机模拟的双光束干涉条纹的功率大小效果图，图4为采用上述装置实际加工出镜片表面的防雾沟槽结构，左图周期性沟槽尺寸为60.8μm，右图周期性沟槽尺寸为30.5μm。以上所述仅为本技术的实施例，并非因此限制本技术的专利范围，凡是利用本技术说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的
，均同理包括在本技术的专利本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用偏振CO2激光干涉加工镜片防雾结构的装置，其包括CO2激光器(1)、机械快门(2)、起偏器(3)、分光镜(4)、反射镜(5、6)，待加工镜片(7)，吸光器(9)，其特征在于起偏器(3)为与入射光轴呈布儒斯特角放置的锗片，可将入射的圆偏振态的CO2激光分解起偏为线偏振的反射光和透射光，吸光器(9)对透射光进行吸收，分光镜(4)对反射光进行分光，分光后的反射光经反射镜(5、6)分别反射后，会聚到待加工镜片表面重合并干涉，得到干涉激光条纹加工出的周期性平行沟槽的微纳防雾结构。

【技术特征摘要】
1.一种利用偏振CO2激光干涉加工镜片防雾结构的装置，其包括CO2激光器(1)、机械快门(2)、起偏器(3)、分光镜(4)、反射镜(5、6)，待加工镜片(7)，吸光器(9)，其特征在于起偏器(3)为与入射光轴呈布儒斯特角放置的锗片，可将入射的圆偏振态的CO2激光分解起偏为线偏振的反射光和透射光，吸光器(9)对透射光进行吸收，分光镜(4)对反射光进行分光，分光后的反射光经反射镜(5、6)分别反射后，会聚到待加工镜片表面重合并干涉，得到干涉激光条纹加工出的周期性平行沟槽的微纳防雾结构。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述起偏器(3)的布儒斯特角为75.9°，其有效直径为Φ25mm，厚度为2mm。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：采用一级以上分光镜(4)和反射镜(5、6)对反射光...

【专利技术属性】
技术研发人员：李永亮，毛傲飞，王斯琦，李仕明，王渊博，白冲，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：新型
国别省市：吉林,22