一种在玻璃表面连续批量制作微纳结构的方法技术

本发明专利技术提供了一种在玻璃表面连续批量制作微纳结构的方法，通过协调设定各级滚压环节的温度、压印力、模具形状，完成滚动热压过程，并制定误差补偿与控制策略，最终得到质量优异的玻璃微结构。具有工艺操作简单、加工周期短、成本低以及精度高等优点，能够很好的满足玻璃微纳结构阵列批量生产的需求。

【技术实现步骤摘要】
一种在玻璃表面连续批量制作微纳结构的方法
本专利技术涉及光学微纳元器件加工
，更具体地说，涉及一种在玻璃表面连续批量制作微纳结构的方法。
技术介绍
光学微纳元器件是制造小型光电子系统的关键元件，其具有体积小、质量轻和造价低等优点，并且能够实现普通光学元件难以实现的微小、阵列、集成、成像和波面转换等新功能。在很多工程应用领域，从现代国防科学技术，到普通的工业领域，例如光纤通信、信息处理、航空航天、生物医学以及光计算技术等领域中，光学微纳元器件都显示出其越来越重要的应用价值。但是，玻璃材质的光学微纳元器件的制作一直是本领域的技术难题。玻璃因其具有优异的光学特性，性能稳定，并且可以在高温高压等复杂环境中使用，始终无法被塑料材质的产品完全替代。传统的方法是在玻璃表面制作微型结构，不但工艺复杂以及生产效率低，而且成本极高。
技术实现思路
有鉴于此，为解决上述问题，本专利技术提供一种在玻璃表面连续批量制作微纳结构的方法，技术方案如下：一种在玻璃表面连续批量制作微纳结构的方法，所述方法包括：依据目标微纳结构的形状及尺寸，确定每一级模压环节的温度场以及每一级滚压模具的形状和尺寸；将每一级的滚压模具固定在预设空间位置上；控制每一级的滚压模具在相应的温度场下，逐级对待加工玻璃进行加工；其中，第一级滚压模具加工后的待加工玻璃表面形成有初级光学微纳结构，下一级滚压模具对上一级滚压模具形成的光学微纳结构进行冷却及修正补偿，直至在所述待加工玻璃上形成定型的目标微纳结构。可选的，在上述方法中，所述依据目标微纳结构的形状及尺寸，确定每一级模压环节的温度场以及每一级滚压模具的形状和尺寸，包括：通过仿真实验，在可以获得所述目标微纳结构的基础上，获取温度场变化规律和微纳结构变形规律；基于所述温度场变化规律，确定每一级模压环节的温度场；基于所述温度场变化规律和所述微纳结构变形规律，确定第一级滚压模具的形状和尺寸；基于上一级滚压模具加工的微纳结构和下一级模压环节的温度场，结合所述微纳结构变形规律，确定下一级滚压模具的形状和尺寸。可选的，在上述方法中，所述控制每一级的滚压模具在相应的温度场下，逐级对待加工玻璃进行加工，包括：将所述待加工玻璃固定在移动平台上；将所述待加工玻璃加热至玻璃转化点温度Tg以上；控制所述移动平台带动所述待加工玻璃向某一固定方向进行运动，以带动每一级滚压模具在所述待加工玻璃表面进行旋转加工；其中，第一级滚压模具加工后的待加工玻璃表面形成有初级光学微纳结构，下一级滚压模具对上一级滚压模具形成的光学微纳结构进行冷却及修正补偿，直至在所述待加工玻璃上形成定型的目标微纳结构。可选的，在上述方法中，所述滚压模具中设置有高频感应线圈。可选的，在上述方法中，所述将所述待加工玻璃加热至玻璃转化点温度Tg以上，包括：采用非接触红外线加热器，对所述待加工玻璃进行预加热；启动所述高频感应线圈对滚压模具进行加热，使所述待加工玻璃与所述滚压模具接触部位的温度达到玻璃转化点温度Tg以上。可选的，在上述方法中，所述将所述待加工玻璃加热至玻璃转化点温度Tg以上，还包括：在所述移动平台背离所述待加工玻璃的一侧设置加热板，对所述待加工玻璃进行加热处理。可选的，在上述方法中，在惰性气体的环境下对所述待加工玻璃进行加工处理。可选的，在上述方法中，所述惰性气体至少为氮气。可选的，在上述方法中，通过控制冷却气体的流量，以控制每一级模压环节的温度场。可选的，在上述方法中，所述待加工玻璃为低熔点玻璃。相较于现有技术，本专利技术实现的有益效果为：本专利技术提供的一种在玻璃表面连续批量制作微纳结构的方法，依据目标微纳结构的形状及尺寸，确定每一级模压环节的温度场以及每一级滚压模具的形状和尺寸；将每一级的滚压模具固定在预设空间位置上；控制每一级的滚压模具在相应的温度场下，逐级对待加工玻璃进行加工；其中，第一级滚压模具加工后的待加工玻璃表面形成有初级光学微纳结构，下一级滚压模具对上一级滚压模具形成的光学微纳结构进行冷却及修正补偿，直至在所述待加工玻璃上形成定型的目标微纳结构。该方法采用多级模压的方式进行滚压和冷却及修正补偿，不但可以得到高精度的微纳结构，且可以在玻璃表面批量制作微纳结构，工艺简单，加工周期短且成本较低。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种在玻璃表面连续批量制作微纳结构的方法的流程示意图；图2为本专利技术实施例提供的一种加工装置框架示意图；图3为本专利技术实施例提供的另一种在玻璃表面连续批量制作微纳结构的方法的流程示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。参考图1，图1为本专利技术实施例提供的一种在玻璃表面连续批量制作微纳结构的方法的流程示意图。参考图2，图2为本专利技术实施例提供的一种加工装置框架示意图。所述方法包括：S101：依据目标微纳结构的形状及尺寸，确定每一级模压环节的温度场以及每一级滚压模具的形状和尺寸。在该步骤中，通过仿真实验，在可以获得所述目标微纳结构的基础上，获取温度场变化规律和微纳结构变形规律；基于所述温度场变化规律，确定每一级模压环节的温度场；基于所述温度场变化规律和所述微纳结构变形规律，确定第一级滚压模具的形状和尺寸；基于上一级滚压模具加工的微纳结构和下一级模压环节的温度场，结合所述微纳结构变形规律，确定下一级滚压模具的形状和尺寸。也就是说，基于滚动热压成型装置而言，不同滚压模具的工作温度差距较大，所接触的玻璃温度也不同。在本申请中，考虑到待加工玻璃与模具材料具有不同热膨胀系数以及表面微纳结构对成型精度的要求，在设计每一级滚压模具时，必须考虑热变形带来的英雄。即，各级滚压模具并不能使用相同的结构形状，只能是具有相似的表面微结构，微结构的尺寸及特征需要根据工作温度及所接触待加工玻璃的温度进行修正。否则，下一级滚压模具有可能因为尺寸不匹配，而破坏上一级滚压模具加工出来的微纳结构。因此，在本申请，首先进行升温测试，通过仿真模拟以测温装置的边界条件补充，得到第一级模压环节的温度场，另外根据外部实验获得的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在玻璃表面连续批量制作微纳结构的方法，其特征在于，所述方法包括：/n依据目标微纳结构的形状及尺寸，确定每一级模压环节的温度场以及每一级滚压模具的形状和尺寸；/n将每一级的滚压模具固定在预设空间位置上；/n控制每一级的滚压模具在相应的温度场下，逐级对待加工玻璃进行加工；/n其中，第一级滚压模具加工后的待加工玻璃表面形成有初级光学微纳结构，下一级滚压模具对上一级滚压模具形成的光学微纳结构进行冷却及修正补偿，直至在所述待加工玻璃上形成定型的目标微纳结构。/n

【技术特征摘要】
1.一种在玻璃表面连续批量制作微纳结构的方法，其特征在于，所述方法包括：
依据目标微纳结构的形状及尺寸，确定每一级模压环节的温度场以及每一级滚压模具的形状和尺寸；
将每一级的滚压模具固定在预设空间位置上；
控制每一级的滚压模具在相应的温度场下，逐级对待加工玻璃进行加工；
其中，第一级滚压模具加工后的待加工玻璃表面形成有初级光学微纳结构，下一级滚压模具对上一级滚压模具形成的光学微纳结构进行冷却及修正补偿，直至在所述待加工玻璃上形成定型的目标微纳结构。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述依据目标微纳结构的形状及尺寸，确定每一级模压环节的温度场以及每一级滚压模具的形状和尺寸，包括：
通过仿真实验，在可以获得所述目标微纳结构的基础上，获取温度场变化规律和微纳结构变形规律；
基于所述温度场变化规律，确定每一级模压环节的温度场；
基于所述温度场变化规律和所述微纳结构变形规律，确定第一级滚压模具的形状和尺寸；
基于上一级滚压模具加工的微纳结构和下一级模压环节的温度场，结合所述微纳结构变形规律，确定下一级滚压模具的形状和尺寸。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制每一级的滚压模具在相应的温度场下，逐级对待加工玻璃进行加工，包括：
将所述待加工玻璃固定在移动平台上；
将所述待加工玻璃加热至玻璃转化点温度Tg以上；
控制所述移动平台带动所述待加工玻璃向某一固...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶回春，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34