Forscher entwickeln dreidimensionalen Multifokallaser für Mikroskulpturen aus Glas

Glasmaterialien werden aufgrund ihrer geringen Kosten und hervorragenden mechanischen und optischen Eigenschaften häufig in optischen und optoelektronischen Geräten verwendet. Darunter finden lineare konkave/konvexe Glasstrukturen mit Strukturgrößen im Bereich von mehreren Mikrometern bis zu Hunderten von Mikrometern intensive Anwendungen.

Beispielsweise werden zylindrische Mikrolinsen-Arrays und Mikrorillen-Arrays mit unterschiedlichen Querschnitten häufig für die Lichtfeldmodulation, Mikrofluidik-Chip-Strömungskanäle und optische Modulverbinder verwendet. Die inhärente Härte, Sprödigkeit und geringe Wärmeleitfähigkeit von Glas machen es sehr schwierig, großflächige Mikrorillen aus Glas herzustellen, insbesondere solche mit einstellbaren Querschnittsformen.

Als berührungsloses subtraktives Fertigungsverfahren spielt die ultraschnelle Laserbearbeitung eine wichtige Rolle bei der Herstellung von Glasmikrostrukturen. Die extrem hohe Spitzenleistungsdichte und die kurze Pulsdauer sorgen für geringe thermische Belastung, wenige Fehler und hohe Präzision.

Wenn man sich jedoch ausschließlich auf das Einpunkt-Laser-Direktschreiben verlässt, ist es ziemlich schwierig, die Verarbeitungseffizienz und die resultierende Oberflächenqualität den tatsächlichen Anwendungsanforderungen zu erfüllen. Bisherige Untersuchungen haben gezeigt, dass die Flexibilität der Laserbearbeitung erheblich verbessert werden kann, wenn die Strahlformung kombiniert werden kann.

Es besteht die Möglichkeit, durch Laserbearbeitung mit Strahlformung eine qualitativ hochwertige und effiziente Gravur von Glasmikrostrukturen mit beliebigen Querschnittsformen auf der Glasoberfläche zu erreichen. Verwandte Forschung hat sowohl akademischen als auch industriellen Wert.

Das Forschungsteam von Professor von Mikrometern. Die Forschung wird in der Zeitschrift veröffentlicht Optoelektronische Fortschritte.

Diese Methodik geht effektiv auf die Kontrollierbarkeits- und Präzisionsherausforderungen von Querschnittsprofilen ein, die mit der Herstellung von Glasrillen verbunden sind. Genauer gesagt korrigiert der in diesem Ansatz entwickelte Modulationsalgorithmus Positionsabweichungen des Multifokallasers, die aus dem Brechungsindex der Linse und nichtparaxialen Bedingungen resultieren. Darüber hinaus verbessert es die Verschlechterung der multifokalen Energiegleichmäßigkeit, die durch kreisförmige Moiré-Muster im Phasendiagramm verursacht wird. Dies wird durch eine Kombination aus Koordinaten-Randomisierung und Energieanpassungsstrategien erreicht.

Das Ergebnis der Methodik ist ein präziser Multifokallaser, der sich perfekt an das entworfene Rillenprofil anpasst. Diese Ausrichtung beschleunigt die Herstellung von Glasrillen deutlich, ein Prozess, der durch anschließendes chemisches Ätzen noch weiter beschleunigt wird.

Die entwickelte Technik eignet sich für eine Vielzahl von Rillengeometrien, einschließlich trapezförmiger, dreieckiger Rillen mit hohem Seitenverhältnis und halbkreisförmiger Rillen. Darüber hinaus untersuchten die Forscher praktische Anwendungen dieser Glasrillen, beispielsweise trapezförmige Rillenanordnungen, die sich ideal zum Verpacken optischer Fasern eignen.

Die Bedeutung der Forschung liegt in der Aufklärung des ungenutzten Potenzials und der Vielseitigkeit, die laserstrukturiertem Glas für fortgeschrittene Anwendungen innewohnt. Diese Arbeit trägt nicht nur zur Weiterentwicklung optischer und optoelektronischer Technologien bei, sondern ebnet auch den Weg für Innovationen in verschiedenen Branchen, die von glasbasierten strukturierten Systemen abhängig sind.