Forscher entwickeln einen dreidimensionalen Multifokus-Laser für die Mikroformung von Glas

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

Beispielsweise werden zylindrische Mikrolinsen-Arrays und Mikrorillen-Arrays mit verschiedenen Querschnitten häufig für die Lichtfeldmodulation, Mikrofluidik-Chip-Strömungskanäle und optische Modulverbinder verwendet. Die inhärente Härte, Sprödigkeit und geringe Wärmeleitfähigkeit von Glas machen die Herstellung großflächiger Glasmikrorillen, insbesondere solcher mit einstellbaren Querschnittsformen, zu einer großen Herausforderung.

Als berührungsloses subtraktives Fertigungsverfahren spielt die ultraschnelle Laserbearbeitung eine wichtige Rolle bei der Herstellung von Glasmikrostrukturen. Die extrem hohe Spitzenleistungsdichte und die kurze Pulsdauer tragen dazu bei, geringe thermische Auswirkungen, wenige Defekte und hohe Präzision zu erreichen.

Wenn man sich jedoch ausschließlich auf das Laser-Direktschreiben mit einem einzigen Punkt verlässt, sind die Verarbeitungseffizienz und die erzielte Oberflächenqualität ziemlich schwierig, um die tatsächlichen Anwendungsanforderungen zu erfüllen. Frühere 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 effiziente und qualitativ hochwertige Gravur von Glasmikrostrukturen mit beliebigen Querschnittsformen auf der Glasoberfläche zu erreichen. Die damit verbundene Forschung ist sowohl akademisch als auch industriell wertvoll.

Das Forschungsteam von Prof. Xu von der Southern University of Science and Technology hat einen Roman vorgestellt Laserbasierter Mikrobearbeitungsansatz: die Verwendung eines hochpräzisen Multifokuslasers zur effizienten Herstellung hochpräziser, anpassbarer Glasrillen im Maßstab von mehreren zehn bis Hunderten von Mikrometern. Die Forschung wird in der Zeitschrift veröffentlicht Optoelektronische Fortschritte.

Diese Methodik bewältigt effektiv die Herausforderungen der Kontrollierbarkeit und Genauigkeit des Querschnittsprofils, die mit der Herstellung von Glasnuten verbunden sind. Konkret korrigiert der im Rahmen dieses Ansatzes entwickelte Modulationsalgorithmus Positionsabweichungen von Multifokuslasern, die auf den Brechungsindex des Glases und nichtparaxiale Bedingungen zurückzuführen sind. Darüber hinaus wird die Verschlechterung der Multifokus-Energiegleichmäßigkeit verbessert, 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 Multifokus-Laser, der sich nahtlos an das entworfene Rillenprofil anpasst. Diese Ausrichtung beschleunigt die Herstellung von Glasrillen erheblich, ein Prozess, der durch anschließendes chemisches Ätzen noch verbessert wird.

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

Die Bedeutung der Forschung liegt in der Aufklärung des ungenutzten Potenzials und der Vielseitigkeit, die laserstrukturiertem Glas für fortgeschrittene Anwendungen innewohnt. Die Arbeit trägt nicht nur zur Weiterentwicklung optischer und optoelektronischer Technologien bei, sondern ebnet auch den Weg für Innovationen in verschiedenen Branchen, die auf strukturierte glasbasierte Systeme angewiesen sind.