[发明专利]一种玻璃表面规则微纳结构的加工方法

说明书

本发明涉及一种玻璃表面规则微纳结构的加工方法，利用四棱锥金刚石刀具在玻璃表面沿第一方向依次刻划，刻划时刀具的棱朝前，得到多个并排布置的第一沟槽；利用四棱锥金刚石刀具在玻璃表面沿第二方向依次刻划，第一方向和第二方向相互垂直，刻划时刀具的面朝前，得到多个并排布置的第二沟槽；多个第一沟槽和多个第二沟槽相交在玻璃表面形成金字塔结构。利用棱朝前时的推挤作用促进材料的塑性流动增大同种载荷下结构的高度及深宽比，而后90°交叉利用面朝前加工前刀面对材料的剪切去除，避免材料流动造成沟槽结构的堵塞，能够在玻璃表面获得具有连续渐变折射率的等效变质层，提高可见光波段全角度入射时透光率，降低反射率。

技术领域

本发明属于光学玻璃加工技术领域，具体涉及一种玻璃表面规则微纳结构的加工方法。

背景技术

光学玻璃在可见光波段具有较高的透射率和较低的反射率，但在光学元器件中当光源经过折射率不匹配的多层界面及大角度入射时易发生内反射降低实际出光率。另外，强光源使用环境下，表界面发生的镜面反射也会导致眩光效应严重威胁使用者视力健康。因此，需要进一步提高其在可见光波段任意入射角下的透射率，降低反射率。直接在玻璃表面制备具有特定周期和形状的规则微纳结构，当微结构的特征尺寸小于光波长时，光线入射时就相当于经过一层具有连续渐变折射率的过渡层，完全消除表界面的反射现象，能够有效提高光学元器件的出光率、抑制眩光效应。

传统减反射方法是在光学元件表面覆盖一层或多层抗反射膜，利用反射光发生相消干涉降低表面反射，根据基体折射率设计相应目标波长下的单层或多层薄膜折射率，然后通过物理或化学沉积制备薄膜并贴附于材料表面能够在一定范围内有效提高透射率，但只能实现小角度、特定波长的减反射，且膜层和衬底之间存在界面结合、热膨胀系数适配及折射率匹配等问题。纳米压印技术可以较容易地制备出大面积微结构，有效提高生产效率，但对于模板的制备要求较高，微纳尺度的模板加工较为困难且造价较高。激光烧蚀加工微结构，以其成本低、效率高、精度高等优点应用广泛，但是需考虑激光加工时光斑直径对结构周期的影响以及烧蚀时热效应导致结构变形、材料溅射、成分改性等因素带来的缺陷。人们普遍认为以刀具与材料干涉导致机械去除的方法能够保证加工表面及微结构的面型精度，但玻璃属于硬脆性材料，因此如何确保在机械加工过程中得到完整的、表面/亚表面无裂纹产生的规则微结构仍是待解决的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种玻璃表面规则微纳结构的加工方法，能够在玻璃表面获得具有连续渐变折射率的等效变质层，有效消除空气及介质间的界面，提高可见光波段全角度入射时透光率，降低反射率。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种玻璃表面规则微纳结构的加工方法，包括以下步骤，

利用四棱锥金刚石刀具在玻璃表面沿第一方向依次刻划，刻划时刀具的棱朝前，得到多个并排布置的第一沟槽；

利用四棱锥金刚石刀具在玻璃表面沿第二方向依次刻划，第一方向和第二方向相互垂直，刻划时刀具的面朝前，得到多个并排布置的第二沟槽；

多个第一沟槽和多个第二沟槽相交在玻璃表面形成金字塔结构。

进一步，第一沟槽的实际刻划深度为h_s1，

其中，四棱锥金刚石刀具棱夹角为α，加工时施加的法向力为P，玻璃硬度为H，棱朝前刻划时玻璃弹性回复率为μ₁。

进一步，第二沟槽的实际刻划深度为h_s2，

其中，四棱锥金刚石刀具面夹角为β，面朝前刻划加工时玻璃弹性回复率为μ₂。

进一步，第一沟槽的残余深度h_r1为，