[发明专利]一种基于相干激光的表面微结构成形系统

说明书

技术领域

本发明属于表面工程、功能结构精密制造技术领域，具体是一种基于相干激光的表面微结构成形系统。

背景技术

周期性微结构表面在不同领域具有多种表面功用，譬如在表面反应、表面传热应用中，表面状况很大程度上决定着技术的先进性。生物工艺学上，移植整合的效果很大程度上取决于周期性微结构表面的周期频率，此外微型表面结构对细胞的行为也有很大的影响。层状纹理还能提高表层的疏水性，把微结构硅被加入到光感应器中还能提高光感应器的光谱感应范围。特定的表面微纳米结构还能实现材料的某些超强性能(如超强的光学吸收效率，超亲水性，超疏水性，超强的电磁辐射，超强的黏附脱附力等)，这在新能源、高效能源转化、微机电系统、微流控系统、表面激元器件、日常生活、催化、医学、国家安全和制药等领域有着丰富的潜在应用。因此微结构表面制备技术越来越重要。

从工艺技术上看，表面微纳米结构的制备技术的类型有多种，比如平面工艺、模型工艺等。

平面工艺，依赖于光刻技术，需要对光敏物质进行曝光，基质的成本提高，适用性降低，受光学衍射极限等限制，尺寸的精度受多种条件的影响，难以控制误差，光学光刻掩膜和使用光学成像设备的成本很高，每种不同尺寸的光刻掩膜需要单独订制。

模型工艺，需要预先制作模具，不能在基质表面直接成形，降低了精度。此种成形方式，对于基质的刚度有很高的要求，因为如果刚度过高，很难通过压制来使模型的图案全部准确的反映在基质上，因此需要更高强度的模具，增加了制造成本，同时受制于基质的刚度，工艺适用广泛性降低。由于制作微结构模具的成本较高，此方法只适用于对技术已经成熟的微结构表面进行大批量的生产，不适于小批量、实验性的制备。不同周期尺寸微结构表面需要单独制作模具，无法通过调整现有设备直接产生。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点和不足，提供基于相干激光的表面微结构成形系统，本实用新型可以使基质表面指定部位材料发生熔化、对流、蒸发或其他物理化学过程，改变材料表面形状，进而形成所需要的周期性表面。

本发明通过以下技术方案来实现：

一种基于相干激光的表面微结构成形系统，包括依次光路设置的激光发生器、光束整形模块、第一半反射镜、第二全反射镜，在第一半反射镜和第二全反射镜的下面设置有电控移动工作台，电控移动工作台用于放置基质，所述第一半反射镜和第二全反射镜设置有伺服电机，所述电控移动工作台、伺服电机和激光发生器与计算机连接。所述光束整形模块3采用非球面透镜组整形系统或者微透镜阵列整形系统。

所述激光发生器包括依次连接的扩束镜、部分反射镜、调Q开关、聚光腔、全反射镜。所述伺服电机为数字控制伺服电机。

本发明可以一步直接加工出所需的周期性表面，而且在加工过程中不使用化学药剂进行腐蚀，满足现在要求越来越严格的环保标准。可以通过计算机控制，通过控制伺服电机使反射激光的角度改变，调整基质表面纹理的尺寸。相对于模型工艺，此方法改变周期性结构尺寸时不需要重新制造模具，适合小批量生产特殊要求的表面。而且因为是利用光能量场来制备，是面加工，相对于探针工艺具有生产速率高，能量消耗小。可以一步直接加工出所需的周期性表面，减少了步骤和仪器，降低了废品率和工时成本。

本发明技术手段简便易行，具有积极的有益效果，便于推广应用。

附图说明

图1为本发明基于相干激光的表面微结构成形系统的结构示意图。

图2为图1激光发生器的结构示意图。

图3为图1第一半反射镜、第二全反射镜与基质之间的夹角关系。

图4为已成型的基质表面周期尺寸与激光波长及夹角之间的关系。

上图中：计算机1；激光发生器2；光束整形模块3；第一半反射镜4；第二全反射镜5；伺服电机6；伺服电机7；基质8；电控移动工作台9；扩束镜10；部分反射镜11；调Q开关12；聚光腔13；全反射镜14。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式做进一步详细的说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所述，本发明基于相干激光的表面微结构成形系统，包括依次光路设置的激光发生器2、光束整形模块3、第一半反射镜4、第二全反射镜5，在第一半反射镜4和第二全反射镜5的下面设置有电控移动工作台9，电控移动工作台9用于放置基质8，所述第一半反射镜4和第二全反射镜5设置有伺服电机6、7，所述电控移动工作台9、伺服电机6、7和激光发生器2与计算机1连接。所述伺服电机6、7为数字控制伺服电机。