一种高匀光性光束整形器的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种高匀光性光束整形器的制备方法，技术核心在于光束整形器的设计和制作。设计的全息图的灰度按照圆形或正多边形的几何图形进行填充，几何图形的尺寸和位置排布按照设计的方式调控，灰度数值大小由灰阶与灰度最大值决定。设计好的全息图利用全息缩微输出系统打印在光刻胶板上，光刻胶板经过曝光显影后，在光刻胶表面留下凹坑系统。全息图设计方案和曝光显影时间决定了凹坑系统的结构与排布,此种方法制备出的光束整形器对透射光束的整形能力好，光强分布均匀性高。光强分布均匀性高。光强分布均匀性高。

【技术实现步骤摘要】
一种高匀光性光束整形器的制备方法


[0001]本专利技术涉及激光加工领域，具体涉及一种高匀光性光束整形器的制备方法。

技术介绍

[0002]随着我国制造业的不断发展，激光加工在医疗器械、微纳加工、工业制造等领域发挥着举足轻重的作用。
[0003]然而，激光加工在发展过程中出现了两大难题：激光光束为高斯分布，能量分布不均匀，在实际应用时激光功率利用率不高，使得激光器的使用寿命较短；激光光束的光斑形状难以满足精密加工的要求。
[0004]光束整形器可以将激光的准直高斯光束转化成光强分布均匀的圆形、多边形、直线形的光束，既提高了激光功率的利用率，又提高了激光加工的精度。
[0005]目前业界使用的激光光束整形器件分为折射型器件和衍射型器件。折射型器件利用球面或者非球面的折射能够控制光束形状，但透射光束均匀性不够高。衍射型器件通过一个衍射面将透射的高斯光束变为光强分布均匀的平顶光束，匀光效果好，但不能控制透射光光束分布的形状。
[0006]因此需要对现有的光束整形器件进行升级，使其同时拥有折射型器件与衍射型器件的优点，既能精确控制透射光束形状，又能提高透射光束的光强分布均匀性。

技术实现思路

[0007]针对现有激光光束整形器无法同时兼顾透射光束的高均匀性与透射光束形状可控两种功能，本专利技术提供了一种高匀光性光束整形器的制备方法。
[0008]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：根据光束整形器的要求，设计全息图的灰度排布，利用全息图缩微输出系统在光刻胶表面制备出凹坑系统，从而制备出高匀光性的光束整形器。
[0009]优选的，所述的全息图的灰度调控方式为灰度按照特定的几何图形进行填充，几何图形的尺寸和位置排布按照特定方式调控，灰度数值大小由灰阶与灰度最大值决定，全息图经过曝光显影后，在光刻胶表面留下凹坑系统，便制备出光束整形器。
[0010]优选的，所述的特定几何图形为圆形、正多边形。
[0011]优选的，所述的几何图形尺寸调控方式为尺寸参数在平均值基础上，有在一定范围内的变化，其变化满足一定的标准偏差，其中正多边形的尺寸参数为边长，圆形尺寸参数为长轴和短轴。
[0012]优选的，所述的几何图形的位置排布调控方式，为几何中心点在正交的两个方向上，偏离原来规律排布的位置，偏移距离为按照特定数学模型产生的随机数，随机数设有数值区间。
[0013]优选的，所述的数学模型为正态分布函数、均匀随机分布函数、对数函数、三角函数。
[0014]优选的，所述的灰阶为按照幂函数模型，将灰度区间分为设定的阶数。
[0015]优选的，所述的凹坑为光刻胶经过曝光和显影后，在光刻胶表面形成的凹陷，凹陷横截面曲线可以为椭圆型、抛物线型、双曲线型或高斯线型。
[0016]本专利技术讲述的是一种高匀光性光束整形器的制备方法，本方法通过全息图的灰度调控，利用全息图微缩输出系统制备出光束整形器。
[0017]本专利技术的优点为：（1）凹坑的几何形状可以为圆形或正多边形，能使激光光束整形后的光斑形状变为与凹坑几何形状对应的圆形或正多边形；（2）凹坑的横截面可以为椭圆型、抛物线型、双曲线型或高斯线型，精密设计出折射曲面和衍射狭缝的三维形貌，能够更好地实现光场调控；（3）全息图片未填充灰度的区域比例小于1%，使得光束整形器表面凹坑间的缝隙少于1%，保证了光能透过率；（4）凹坑的口径的标准偏差分别不超过2.7微米，深度的标准偏差不超过0.5微米，匀光性更强；（5）利用折射衍射的色差原理，使色差正负相消；（6）所制备的光束整形器可以利用纳米压印技术实现复制和量产。
具体实施方式实施例一
[0018]依靠全息图几何图形中心添加随机数制备光斑形状为圆形的光束整形器：步骤一、制作出几何图形为圆形，几何图形中心添加随机数的全息图片，随机数数值区间为0到半径的30%，半径为60个像素点；步骤二、将全息图片上传到全息图微缩输出系统，利用气泵将光刻胶板吸附固定在三维移动平台上。利用全息图微缩输出系统的缩微镜头查看对焦情况，利用三维移动平台实现聚焦控制；步骤三、曝光时间决定光刻胶与激光反应所生成活性物质的多少。在全息图微缩输出系统输入曝光时间180毫秒，输入三维移动平台移动步长，然后开始打印；步骤四、打印完成后，用显影液对全息图微缩输出系统加工过的光刻胶板进行显影，显影液为PH值在13.00
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13.56的氢氧化钠，显影时间为16秒
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18秒，显影液温度为18.5℃
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20.5℃，温度太低会降低光束整形器表面洁净程度，温度过高会导致光刻胶未被激活部分与显影液反应充分，使得凹坑深度小于理论值；步骤五、将显影后的光刻胶板迅速用纯净水冲洗干净，便制得光束整形器。
实施例二
[0019]依靠全息图几何图形中心位置以及尺寸参数添加随机数制备光斑形状为圆形的光束整形器：步骤一、制作出几何图形中心添加随机数以及添加尺寸参数大小变化的随机数的全息图片，几何图形为圆形，几何图形中心添加的随机数区间为0
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半径的30%，尺寸参数大
小变化的随机数区间为设定半径的10%，设定半径为60个像素点；步骤二、将全息图片上传到全息图缩微输出系统，利用气泵将光刻胶板吸附固定在三维移动平台上。利用全息图微缩输出系统的缩微镜头查看对焦情况，利用三维移动平台实现聚焦控制；步骤三、曝光时间决定光刻胶与激光反应所生成活性物质的多少。在全息图微缩输出系统输入曝光时间180毫秒，输入三维移动平台移动步长，然后开始打印；步骤四、打印完成后，用显影液对全息图微缩输出系统加工过的光刻胶板进行显影，显影液为PH值在13.00
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13.56的氢氧化钠，显影时间为16秒
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18秒，显影液温度为18.5℃
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20.5℃，温度太低会降低光束整形器表面洁净程度，温度过高会导致光刻胶未被激活部分与显影液反应充分，使得凹坑深度小于理论值；步骤五、将显影后的光刻胶板迅速用纯净水冲洗干净，便制得光束整形器。
[0020]基于图1、图2与图3，实施例一与实施例二对于强相干光均有较好的匀光效果。
[0021]基于图2与图3 ，实施例一的透射光束出射角度更大，实施例二的匀光性更好。
[0022]本
中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本专利技术具体实施过程，并非对本专利技术的限定，在没有背离所述原理下，本专利技术的实施方式可以有任何变形或修改。
附图说明
[0023]图1从左至右依次为几何图形为圆形、四边形、正六边形的全息图片。
[0024]图2为激光笔光束发出的激光光束经过实施例一所制备的光束整形器，在距光束整形器所在平面1.5米处的效果图。
[0025]图3为激光笔发出的激光光束经过实施例二所制备的光束整形器，在距光束整形器所在平面1.5米处的效果图。
[0026]图4为激光笔发出的激光光束经过实施例所用玻璃基板，在距玻璃基板所在平面1.5本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高匀光性光束整形器的制备方法，其特征在于：通过全息图的灰度调控，利用全息图缩微输出系统在光刻胶表面制备出凹坑系统，从而制备出高匀光性的光束整形器。2.根据权利要求 1所述的全息图的灰度调控，其特征在于：灰度按照特定的几何图形进行填充，几何图形的尺寸和位置排布按照特定方式调控，灰度数值大小由灰阶与灰度最大值决定，全息图经全息图缩微输出系统曝光，显影后，在光刻胶表面留下凹坑系统，便制备出光束整形器。3.根据权利要求 2所述的一种高匀光性光束整形器的制备方法，其特征在于：所述的几何图形为圆形或正多边形。4.根据权利要求2所述的一种高匀光性光束整形器的制备方法，其特征在于：所述的几何图形尺寸调控方式为尺寸参数在平均值基础上，有在一定范围内的变化，其变化满足一定的标准偏差，其中正多边形的尺寸参数为边...

【专利技术属性】
技术研发人员：范盛鑫，范长江，洪钦洋，兰博望，林新煜，毛尔杰，吴琼，
申请(专利权)人：浙江师范大学，
类型：发明
国别省市：