Les matériaux en verre sont largement utilisés dans les dispositifs optiques et optoélectroniques en raison de leur faible coût et de leurs excellentes propriétés mécaniques et optiques. Parmi elles, les structures linéaires concaves/convexes en verre avec des tailles de caractéristiques allant de plusieurs micromètres à des centaines de micromètres trouvent des applications intensives.
Par exemple, les réseaux de microlentilles cylindriques et les réseaux de microrainures avec différentes sections transversales sont largement utilisés pour la modulation du champ lumineux, les canaux de flux de puces microfluidiques et les connecteurs de modules optiques. La dureté inhérente, la fragilité et la faible conductivité thermique du verre rendent très difficile la fabrication de microrainures de verre de grande surface, en particulier celles dont les formes transversales sont réglables.
En tant que méthode de fabrication soustractive sans contact, le traitement laser ultrarapide joue un rôle important dans la fabrication de microstructures en verre. La densité de puissance de crête extrêmement élevée et la courte durée d’impulsion permettent d’obtenir un faible impact thermique, peu de défauts et une haute précision.
Cependant, en s’appuyant uniquement sur l’écriture directe au laser à point unique, l’efficacité du traitement et la qualité de surface obtenue sont assez difficiles à répondre aux exigences réelles de l’application. Des recherches antérieures ont prouvé que la flexibilité du traitement laser peut être largement améliorée si la mise en forme du faisceau peut être combinée.
Il existe une opportunité de réaliser une gravure efficace et de haute qualité de microstructures de verre avec des formes de section arbitraires sur la surface du verre par traitement laser avec mise en forme du faisceau. Les recherches connexes ont une valeur à la fois académique et industrielle.
L’équipe de recherche du professeur Xu de l’Université des sciences et technologies du Sud a présenté un nouveau approche de micro-usinage basée sur le laser: l’utilisation d’un laser multifocal de haute précision pour fabriquer efficacement des rainures de verre personnalisables de haute précision avec une échelle allant de dizaines à centaines de micromètres. La recherche est publiée dans la revue Avancées opto-électroniques.
Cette méthodologie répond efficacement aux défis de contrôlabilité et de précision des profils transversaux associés à la fabrication de rainures en verre. Plus précisément, l’algorithme de modulation développé dans le cadre de cette approche corrige les écarts de position du laser multifocal résultant de l’indice de réfraction du verre et des conditions non paraxiales. De plus, il améliore la dégradation de l’uniformité de l’énergie multifocale provoquée par les motifs de moiré circulaires sur le diagramme de phase. Ceci est réalisé grâce à une combinaison de stratégies de randomisation des coordonnées et d’ajustement de l’énergie.
Le résultat de la méthodologie est un laser multifocal précis qui s’aligne parfaitement avec le profil de rainure conçu. Cet alignement accélère considérablement la production de rainures de verre, un processus encore amélioré par une gravure chimique ultérieure.
La technique développée s’adapte à un large éventail de géométries de rainures, notamment les rainures trapézoïdales, triangulaires à rapport d’aspect élevé et en demi-cercle. En outre, les chercheurs ont exploré les applications pratiques de ces rainures en verre, telles que les réseaux de rainures trapézoïdales idéales pour le conditionnement des fibres optiques.
L’importance de la recherche réside dans l’élucidation du potentiel inexploité et de la polyvalence inhérents au verre structuré au laser pour des applications avancées. Ces travaux contribuent non seulement à l’avancement des technologies optiques et optoélectroniques, mais ouvrent également la voie à des innovations dans diverses industries dépendant de systèmes structurés à base de verre.
Plus d’informations :
Kang Xu et al, Sculpture laser multifocale de haute précision de verre microstructuré, Avancées opto-électroniques (2024). DOI : 10.29026/oea.2025.240082
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