Teknoloġija tal-Manifattura tad-Daħħal tal-Moffa ottika
Komponenti ottiċi polimeru saru dejjem aktar importanti fis-suq tal-lum. Hekk kif it-talbiet tal-prestazzjoni għall-elementi ottiċi qed ikomplu jiżdiedu, il-proċessi tal-manifattura jiffaċċjaw sfidi sostanzjali. Fost dawn, il-produzzjoni ta 'inserzjonijiet tal-moffa għal proċessi ta' replikazzjoni tispikka bħala partikolarment kritika, li tinfluwenza direttament il-kwalità finali tal-komponenti ottiċi. Din ir-reviżjoni teżamina t-teknoloġiji tal-manifattura disponibbli bħalissa biex tgħin lill-inġiniera jieħdu deċiżjonijiet infurmati f'applikazzjonijiet prattiċi.
Elementi ottiċi polimeru joffru vantaġġi sinifikanti fuq lentijiet tal-ħġieġ konvenzjonali. Jippermettu produzzjoni tal-massa rapida permezz tal-iffurmar tal-injezzjoni jew tal-iffurmar bil-kompressjoni tal-injezzjoni-bi spejjeż ta' manifattura aktar baxxi. Barra minn hekk, il-karatteristiċi ta 'immuntar u allinjament jistgħu jiġu integrati direttament f'komponenti ottiċi, u jeliminaw il-ħtieġa għal attrezzaturi żejda u proċeduri ta' assemblaġġ. Minn sistemi tad-dawl għal applikazzjonijiet tal-karozzi, minn apparat ta 'l-immaġini għal sensuri, id-dominji ta' applikazzjoni ta 'elementi ottiċi polimeru jkomplu jespandu.
L-emerġenza ta 'komponenti ottiċi mikrostrutturati jistħoqqilha attenzjoni speċjali. Iż-żieda ta 'karatteristiċi tal-mikrostruttura mal-uċuħ tal-lenti tista' ttejjeb sostanzjalment il-prestazzjoni, tnaqqas il-piż tas-sistema, tikkoreġi l-aberrazzjonijiet u tifforma r-raġġi tad-dawl. Mikrostrutturi bħalma huma l-arrays tal-mikrolenti, l-elementi ottiċi diffrattivi, il-lentijiet Fresnel, u l-arrays tal-priżma għandhom rwoli vitali f'oqsma inklużi l-konċentrazzjoni solari, it-tiswir tar-raġġi, u s-sistemi tal-kejl.
Sistema ta' Klassifikazzjoni tat-Teknoloġiji tal-Manifattura
It-teknoloġiji tal-manifattura għall-inserzjonijiet tal-moffa ottika jistgħu jinqasmu f'żewġ kategoriji ewlenin: metodi li joħolqu uċuħ bi kwalità ottika, u tekniki għall-ħolqien ta 'mikrostrutturi ottiċi. Peress li l-inserzjonijiet tal-moffa ottika tipikament jeħtieġu preċiżjoni tal-forma estremament għolja u kwalità tal-wiċċ, dawn iż-żewġ fatturi iservu bħala metriċi ewlenin għall-evalwazzjoni ta 'diversi teknoloġiji.
Ultra-Maċinazzjoni ta 'preċiżjoni: Il-Fondazzjoni tal-Manifattura Ottika
Sa minn meta tfaċċat fis-sittinijiet, il-magni ultra-preċiżjoni baqgħu l-aktar metodu użat b'mod komuni għall-produzzjoni ta' inserzjonijiet tal-moffa ottika. Il-vantaġġ ewlieni ta 'din it-teknoloġija jinsab fil-kisba ta' preċiżjoni tal-pożizzjonament tal-livell nanometru-, biex b'hekk tinkiseb kwalità eċċezzjonali tal-wiċċ u preċiżjoni tal-forma. Komponenti bil-magni tad-djamanti-tipikament juru ħruxija tal-wiċċ taħt l-10 nanometri, u jiksbu finituri ta' kwalità tal-mera-mingħajr post-ipproċessar.
Biex tikseb partijiet ta'-kwalità għolja, il-komponenti tal-magni għandhom jaħdmu fil-limiti tagħhom. Is-sistemi tal-magni tad-djamanti jużaw il-granit bħala l-bażi, mgħammar b'sistemi ta' pożizzjonament ta'-preċiżjoni għolja, magħżel ta'-veloċità għolja, u attrezzaturi preċiżi u tagħmir operattiv. Iż-żarżuri li jġorru l-arja u l-bearings idrostatiċi jippermettu moviment preċiż ta 'għodod u partijiet, b'kontroll tal-pożizzjoni garantit minn gradilji tal-ħġieġ b'riżoluzzjoni taħt nanometru 1. Il-kontroll tat-temperatura huwa ugwalment kritiku, u jeħtieġ manutenzjoni f'meded ta' ± 0.1K jew iżgħar.
Id-djamant tal-kristall -wieħed jifforma t-tarf tal-qtugħ tal-għodda minħabba l-ebusija u l-kapaċità pendenti tiegħu li joħloq truf estremament jaqtgħu b'tond tat-tarf taħt il-50 nanometru. Il-kwalità u l-preċiżjoni tal-parti li jistgħu jinkisbu jiddependu ħafna fuq il-kwalità tal-għodda tad-djamanti. Madankollu, il-magni tad-djamanti huwa limitat għal materjali mhux-tal-ħadid, li jagħmel il-kisi tan-nikil-fosfru standard tal-industrija. Nikil-fosfru jista' jiġi mmaxinjat b'għodda tad-djamanti b'użu ta' għodda prattikament negliġibbli.
Tidwir tad-djamantijirrappreżenta l-proċess standard għall-manifattura ta 'komponenti ottiċi simmetriċi b'rotazzjoni, adattati għall-produzzjoni ta' forom tal-lenti sferiċi u asferiċi. Il-kwalità tal-wiċċ li tista 'tinkiseb tiddependi ħafna fuq fatturi tal-proċess u fatturi materjali. Fatturi primarji li jinfluwenzaw jinkludu l-veloċità tal-magħżel, ir-raġġ tal-ponta tal-għodda u r-rata tal-għalf. Veloċità għolja tal-magħżel, raġġi kbar tal-ponta tal-għodda, u rati ta 'għalf bil-mod ġeneralment itejbu l-ħruxija tal-wiċċ.
Teknoloġija servo għodda bil-modġie żviluppat biex jissodisfa t-talbiet għoljin ta 'elementi ottiċi asimmetriċi. Filwaqt li tibni fuq setups tradizzjonali tat-tidwir tad-djamanti, iżid oxxillazzjoni tal-assi Z- waqt il-magni. Servo ta 'għodda bil-mod jista' jipproduċi partijiet asimmetriċi preċiżi ħafna mingħajr ebda tagħmir addizzjonali tal-magni. Din it-teknoloġija tista' tintuża għall-manifattura ta' arrays tal-mikrolenti, matriċi tal-priżmi, elementi ottiċi diffrattivi, asferi off-assi, u uċuħ ottiċi ta' forma ħielsa.
Teknoloġija tas-servo għodda mgħaġġlatixbaħ is-servo tal-għodda bil-mod iżda juża attwatur addizzjonali biex joxxilla l-ponta tal-għodda. Servo ta 'għodda veloċi jippermetti pożizzjonament preċiż ta' għodda, iżda bi stroke sinifikament iżgħar minn teknoloġija servo ta 'għodda bil-mod, tipikament li jvarjaw minn diversi mikrometri għal diversi mijiet ta' mikrometri. Servo ta 'għodda veloċi huwa komunement użat għall-manifattura ta' uċuħ djamanti-mdawra bi strutturi bħal mikropriżmi u matriċi ta 'lentijiet.
Tħin tad-djamantijuża djamant ball-mittieħ tat-tarf b'tarf tat-tqattigħ wieħed, bl-għodda ddur b'veloċità għolja biex tneħħi ċipep fil-medda tal-mikrometru. Meta mqabbel mat-tidwir tad-djamanti, it-tħin huwa notevolment aktar bil-mod iżda joffri libertà akbar fid-disinn. It-tħin tad-djamanti jintuża primarjament għall-manifattura ta' uċuħ mhux-lixxi, partikolarment arrays ta' mikrolenti u uċuħ ta' forma ħielsa.
Qtugħ Flyjuża għodda li ddur bid-djamant pożizzjonat barra l--assi, sabiex id-djamant ma jżommx kuntatt permanenti mal-materjal. It-tqattigħ tal-fly jista 'joħloq b'mod effiċjenti uċuħ ċatti bi kwalità tal-wiċċ ottiku fuq żoni kbar u huwa wkoll metodu adattat għall-ħolqien ta' mikrostrutturi u ottiċi ta 'forma ħielsa.
Żviluppi fil-Maċinazzjoni Ultra-Preċiżjoni tal-Azzar
Peress li l-azzar imwebbes huwa l-aktar materjal ta 'inġinerija popolari, riċerka sostanzjali ġiet iddedikata għall-kisba tal-magni tal-materjali tal-ħadid b'għodod tad-djamanti. Mekkaniżmi primarji tal-ilbies tal-għodda jinkludu adeżjoni u formazzjoni tat-tarf mibni-up, brix u għeja, xedd termali frizzjonali, u xedd tribokimiku. Il-mekkaniżmi kimiċi jirrappreżentaw il-kawża ewlenija ta 'xedd ta' l-għodda.
Biex jiġi evitat xedd serju tal-għodda, ir-riċerkaturi pproponew diversi approċċi:
Qtugħ tal-vibrazzjoni ultrasonikahuwa l-aktar metodu promettenti għall-magni tal-materjali tal-ħadid b'għodod tad-djamanti. L-għodda tat-tqattigħ tivvibra b'mod ellittiku, tnaqqas b'mod sinifikanti l-forzi tal-frizzjoni u l-ħin tal-kuntatt bejn id-djamant u s-sottostrat. Din it-teknoloġija hija utli mhux biss għall-magni tal-materjali tal-ħadid iżda wkoll tippermetti l-mikrostruttura tal-wiċċ filwaqt li tinkiseb kwalità tal-wiċċ ottiku b'Ra<10 nanometers.
L-ottimizzazzjoni tal-kundizzjonijiet tat-tqattigħjirrappreżenta metodu ieħor għat-tnaqqis tal-ilbies tad-djamanti. Timijiet ta 'riċerka ppruvaw kundizzjonijiet ta' qtugħ differenti inkluż makkinar krijoġeniku u makkinar taħt ambjenti tal-gass. It-tidwir tad-djamanti taħt kundizzjonijiet krijoġeniċi jista 'jnaqqas b'mod sinifikanti l-użu tal-għodda, bi ħruxija tal-wiċċ aħjar minn 25 nanometru.
Għodod tan-nitrur tal-boron kubu mingħajr binderjirrappreżentaw wieħed mill-metodi l-aktar promettenti għall-kisba ta 'uċuħ ottiċi fuq materjali tal-ħadid. Nitrur tal-boron kubu jippossjedi reżistenza eċċellenti tas-sħana u stabbiltà kimika, bl-ebusija t-tieni biss għad-djamant. Meta ddawwar l-istainless steel b'ebusija ta '52HRC bl-użu ta' għodod tan-nitrur tal-boron kubi mingħajr binderless, ħruxija tal-wiċċ ta 'Ra<10 nanometers can be obtained.
Teknoloġiji oħra li jiffurmaw
Makkinar ta' skarigu elettrikuhuwa proċess ta 'mmaxinjar termoelettriku li jneħħi materjal permezz ta' serje ta 'xrar elettriċi bejn l-elettrodu tal-għodda u l-biċċa tax-xogħol. Makkinar ta 'skarigu elettriku jista' jipproduċi forom preċiżi ħafna b'rati ta 'tneħħija tal-materjal relattivament għoljin. Madankollu, il-kwalità tal-wiċċ li tista' tintlaħaq mhix biżżejjed għal applikazzjonijiet ottiċi, u teħtieġ post-ipproċessar bħal tħin, qtugħ, jew illustrar biex jinkisbu uċuħ ottiċi lixxi u preċiżi. Makkinar ta' mikro-skarigu elettriku huwa partikolarment adattat għal applikazzjonijiet li jeħtieġu mikrostrutturi ta' proporzjon ta'-aspett-għoli, b'daqsijiet tal-istruttura żgħar daqs 3 mikrometri u proporzjonijiet tal-aspett sa 100.
Makkinar elettrokimikutneħħi materjal permezz ta 'xoljiment anodiku tal-metall waqt l-elettroliżi. Meta mqabbel mat-teknoloġiji tal-magni konvenzjonali, il-magni elettrokimiku joffri rati għoljin ta 'tneħħija tal-materjal, applikabilità għal kwalunkwe ebusija tal-materjal, assenza ta' xedd tal-għodda, u uċuħ lixxi. Din it-teknoloġija tista' tintuża għall-post-ipproċessar ta' biċċiet tax-xogħol maħduma b'mod konvenzjonali, meta tissejjaħ illustrar elettrokimiku. Bl-użu ta 'proċessi mtejba ta' makkinar elettrokimiku, il-ħruxija tal-wiċċ tista 'tilħaq 0.06 mikrometri.
Tħinhuwa komunement użat għall-manifattura forom ottiċi. Peress li l-ħruxija li tista' tinkiseb waqt it-tħin mhix biżżejjed għal applikazzjonijiet ottiċi, irid isir post-ipproċessar bħall-illustrar. Ultra-tħin ta 'preċiżjoni jista' juża roti tad-djamanti resinoid jew roti tan-nitrur tal-boron kubi biex tinkiseb preċiżjoni tal-forma tajba u ħruxija tal-wiċċ ta 'Ra<10 nanometers. An important factor is ensuring stable condition of the grinding wheel, with electrolytic in-process dressing being a suitable method.
Teknoloġiji tal-Manifattura tal-Mikrostruttura
Proċess LIGA: Pijunier tal-Mikrostrutturi ta'-Preċiżjoni Għolja
LIGA tirreferi għal tliet kelmiet Ġermaniżi: litografija, electroplating, u molding. Din it-teknoloġija ġiet żviluppata fis-snin tmenin u tintuża ħafna għall-manifattura ta 'għodod għall-iffurmar tal-injezzjoni. Għal partijiet bi strutturi ta'-aspett-għoli, din it-teknoloġija toffri vantaġġi speċjali meta mqabbla ma' teknoloġiji oħra ta' manifattura, li tipproduċi mikrostrutturi iżgħar minn mikrometru 1.
Il-proċess LIGA jiddeskrivi katina ta' proċessi ta' tliet operazzjonijiet suċċessivi. L-ewwel pass huwa proċess litografiku għall-istrutturar tas-sottostrat. Wara, iseħħ proċess ta 'electroplating tan-nikil, bl-użu tas-sottostrat strutturat bħala kaptan biex toħloq il-moffa. Il-pass finali jista 'juża molding ta' injezzjoni jew intaljar sħun biex jipproduċi partijiet. L-applikazzjoni primarja tal-proċess LIGA fl-ottika hija l-manifattura ta 'elementi ottiċi diffrattivi, u tista' wkoll tipproduċi arrays ta 'mikrolenti, mikropriżmi, mikromirrors, u waveguides.
Litografija tan-Nanoimprint: L-Arti tal-Preċiżjoni tan-Nanoskala
Il-litografija tan-nanoimprint hija teknoloġija litografika li tippermetti disinn ta'-rendiment għoli ta' nanostrutturi tal-polimer. Din it-teknoloġija ġiet proposta għall-ewwel darba fl-1995 u tikkonsisti fi tliet passi ewlenin: l-ewwel, kaptan huwa manifatturat bl-użu tat-teknoloġija tal-mikrostruttura, imbagħad l-istruttura prinċipali hija replikata f'moffa, u finalment iseħħ il-proċess tal-imprinting.
Il-litografija tan-nanoimprint għandha żewġ varjanti: l-imprinting termali juża t-tisħin biex jgħolli t-temperatura ta 'reżisti 'l fuq mit-temperatura tat-transizzjoni tal-ħġieġ, segwit minn tkessiħ għat-temperatura tal-kamra; L-imprinting UV juża dawl ultravjola biex tfejjaq ir-reżistenza, li teħtieġ forom trasparenti. Bl-użu tat-teknoloġija tal-litografija tan-nanoimprint, nanostrutturi b'daqsijiet tal-karatteristiċi taħt l-10 nanometri jistgħu jiġu prodotti u replikati. Huwa komunement użat f'applikazzjonijiet fotonika inklużi ologrammi, strutturi diffrattivi, strutturi anti-riflettivi, firxa ta' mikrolenti, u applikazzjonijiet roll-to-roll.
Kitba Diretta bil-Laser: Ħolqien ta 'Mikrostruttura Flessibbli
Meta mqabbel mal-magni bil-lejżer, il-kitba diretta bil-lejżer tuża raġġ tal-lejżer biex tistruttura photoresist, simili għal proċessi tal-litografija użati fil-manifattura tas-semikondutturi. Saff irqiq ta 'photoresist huwa depożitat fuq is-sottostrat, imbagħad il-photoresist huwa strutturat bl-użu tal-proċess ta' kitba diretta bil-laser. Il-kitba diretta bil-lejżer tippermetti l-manifattura ta 'strutturi binarji u kontinwi u tintuża b'mod komuni ħafna għall-manifattura ta' Fresnel jew strutturi diffrattivi, partikolarment fuq sottostrati planari.
Meta mqabbel mal-metodi tal-litografija, il-kitba diretta bil-lejżer tevita r-rekwiżiti ta' allinjament sub-mikrometru ta' passi ta' espożizzjoni suċċessivi. Biex jiġu replikati strutturi bħal dawn, għandhom jiġu manifatturati inserzjonijiet tal-moffa, li jistgħu jużaw l-electroplating tan-nikil. L-istruttura prodotta fil-photoresist tirrappreżenta l-kaptan, segwit minn ikkastjar. Żviluppi reċenti tal-kitba diretta bil-lejżer għamlu possibbli l-istrutturar fuq substrati mgħawġa, u jegħlbu l-limitazzjonijiet tas-sottostrat planari. Id-daqsijiet tal-istruttura huma tipikament madwar 5 mikrometri iżda jistgħu wkoll jitnaqqsu għal 1-3 mikrometri.
Kitba tar-raġġ ta 'elettroni u litografija tar-raġġ tal-jone
Kitba tar-raġġ ta' elettronihuwa metodu alternattiv għall-istrutturar ta 'photoresist, simili għat-teknoloġija tal-kitba diretta bil-lejżer, użata għall-manifattura ta' strutturi prinċipali segwiti minn proċessi ta 'electroplating tan-nikil. Din it-teknoloġija kienet oriġinarjament żviluppata għall-kitba tal-maskra tas-semikondutturi iżda tista' tintuża wkoll għall-manifattura ta' elementi mikro-ottiċi, partikolarment adattati għall-ġenerazzjoni ta' Fresnel u strutturi diffrattivi.
Il-kitba tar-raġġ ta 'l-elettroni tintuża fi proċessi semikondutturi, għalhekk ġie investit sforz sostanzjali fl-avvanz tar-riżoluzzjoni li tista' tinkiseb. Ir-riżoluzzjoni tal-kitba tar-raġġ ta' elettroni f'fotoreżistenti bbażati fuq PMMA- tista' tkun baxxa daqs 10 nanometri. Din it-teknoloġija tista 'tintuża wkoll bħala proċess tal-illustrar għall-uċuħ tal-metall, bl-użu ta' raġġi ta 'elettroni defocused biex jiskennjaw l-uċuħ, b'tidwib tal-wiċċ tal-metall li jwassal għal ħruxija tal-wiċċ imnaqqsa.
Litografija tar-raġġ tal-jonijuża raġġi joniċi ffukati biex jiskennja l-uċuħ, u b'hekk joħloq strutturi żgħar ħafna. Din it-teknoloġija hija simili ħafna għall-kitba tar-raġġ tal-elettroni, iżda l-joni huma itqal u jġorru aktar ħlas, b'tul ta 'mewġ tar-raġġ tal-joni iżgħar mill-elettroni, li jirriżulta f'riżoluzzjoni ogħla. Bl-użu ta 'raġġi tal-joni ffukati, ġew irrappurtati daqsijiet tal-istruttura taħt il-5 nanometri. Din it-teknoloġija tintuża wkoll bħala metodu tal-illustrar għal elementi ottiċi litografiċi, bl-użu ta' jonji ta'-enerġija baxxa biex jitneħħew l-iżbalji tal-forma u jitnaqqsu l-ħruxija, u tikseb ħruxija tal-wiċċ ta 'Ra<1 nanometer.
Makkinar u Illustrar bil-lejżer
L-użu ta' lejżers tal-impulsi qosra-u ultrashort-huwa teknoloġija emerġenti għal applikazzjonijiet ta' mikromagni differenti u tista' tintuża għall-istrutturar tal-għodod tal-iffurmar. Il-vantaġġ primarju tal-magni bil-lejżer huwa li kważi l-materjali kollha jistgħu jiġu pproċessati. Meta l-parametri kollha huma ottimizzati, il-magni bil-lejżer jistgħu saħansitra jintużaw bħala trattament tal-illustrar, bil-kwalità tal-wiċċ tilħaq Ra<1 micrometer. Laser machining can produce structures as small as 10 micrometers.
Illustrar u lappinghuma trattamenti ta 'finitura li joħolqu uċuħ lixxi bl-użu ta' truf tat-tqattigħ mhux definiti. Dak li l-proċessi kollha tal-illustrar għandhom komuni huwa l-użu ta 'abrażivi għal uċuħ lixxi, b'abrażivi sospiżi fil-fluwidu biex jiffurmaw demel likwidu. L-illustrar jista' joħloq kwalità għolja ħafna tal-wiċċ fil-firxiet nano u sub{2}}nano, iżda r-rati ta' tneħħija huma ġeneralment baxxi ħafna. Illustrar jista 'jintuża biex jipproċessa biċċiet tax-xogħol planari, sferiċi, asferiċi u ta' forma ħielsa kif ukoll uċuħ strutturati.
Għażla tat-Teknoloġija
Biex nappoġġjaw deċiżjonijiet għall-għażla ta' metodi ta' manifattura xierqa, nistgħu niddistingwu tliet kategoriji: formazzjoni, mikrostrutturar, u post{0}}ipproċessar.
Għal metodi ta 'formazzjoni, tħin u magni ultra-preċiżjoni jistgħu jiksbu preċiżjoni għolja u uċuħ tajbin, iżda b'rati ta' tneħħija ta 'materjal imnaqqsa b'mod sinifikanti meta mqabbla ma' makkinar elettrokimiku u makkinar ta 'skarigu elettriku. Makkinar ultra-preċiżjoni bħala metodu ta 'formazzjoni jibqa' l-aktar teknoloġija promettenti, partikolarment meta formazzjoni preċiża hija meħtieġa f'inserzjonijiet tal-moffa ottika. Meta jkunu meħtieġa ġeometriji kumplessi, l-ebda teknoloġija oħra ma toffri libertà daqshekk kbira fid-disinn bħall-magni ultra-preċiżjoni.
Għat-teknoloġiji tal-mikrostruttura, id-daqs tal-istruttura li jista 'jinkiseb huwa fattur importanti. Bħala regola ġenerali, hekk kif id-daqs tal-istruttura jonqos u l-eżattezza tal-forma tiżdied, iż-żona li tista 'tiġi strutturata tonqos minħabba ħinijiet itwal tal-ipproċessar. Makkinar ta 'preċiżjoni ultra-mhux biss metodu adattat għall-iffurmar ta' inserzjonijiet tal-moffa iżda jista 'jintuża wkoll biex jinħolqu mikrostrutturi. B'mod partikolari, il-proċess tat-tqattigħ tat-titjir jista 'malajr u ekonomikament jimmanifattura żoni strutturati kbar fil-medda ta' ċentimetru.
Għall-metodi kollha tal-magni fejn il-kwalità tal-wiċċ mhix biżżejjed għal applikazzjonijiet ottiċi, l-ipproċessar ta' wara-sussegwentement jista' jtejjeb il-kwalità tal-wiċċ. Partikolarment, illustrar u lapping jistgħu jimmanifatturaw uċuħ ottiċi. Madankollu, għandu jitqies li l-operazzjonijiet ta' wara-ipproċessar jistgħu jaffettwaw il-forma ġenerali u l-eżattezza tal-forma.