Создание пленочной микрооптики методом лазерной абляции полимерных материалов

• Автор: Баля, Вера Константиновна
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 90 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ С ВЕЩЕСТВОМ. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Основные физические процессы, возникающие при взаимодествии лазерного излучения с веществом

1.2 Требования к лазерам, применяемым для обработки материалов

1.3 Лазерная абляция

1.4 Лазерная абляция полимерных материалов

1.4.1 Плавление полимеров

1.4.2 Термическая деструкция ПММА

1.4.3 Сгорание полимеров с выбросом сажи

1.5 Лазерная абляция тонких металлизированных пленок
1.6 Выводы по главе
ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1 Материалы, на которых проводилась абляция
2.2 Формирование элементов. Принцип работы лазерного гравера Laser Graver LG 10F
2.3 Технология измерения элементов
2.4 Фотометрирование
2.5 ТГц спектроскопия
2.6. Выводы по главе
ГЛАВА 3. ТЕХНОЛОГИЯ ЛАЗЕРНОЙ АБЛЯЦИИ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ЛАЗЕРНОМ ГРАВЕРЕ
3.1 Исследование зависимости профиля прожигаемой канавки от направления хода луча лазерного гравера
3.2 Исследование лазерной абляции различных полимерных материалов
3.2.1 Лазерная абляция полиэтилена
3.2.2 Лазерная абляция резины
3.2.3 Лазерная абляция термочувствительной пленки ПБМА
3.2.4 Лазерная абляция тонких металлизированных пленок
3.3 Выводы по главе
ГЛАВА 4. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ЛАЗЕРНОЙ АБЛЯЦИИ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ
4.1 ПОЛУЧЕНИЕ МИКРОПРИЗМЕННЫХ РАСТРОВ С ПОМОЩЬЮ ЛАЗЕРНОГО ГРАВЕРА
4.1.1 Микропризменные растры для защищенной печати
4.1.2 Изготовление микропризменного растра методом лазерной абляции полимерных пленок
4.2 ПОЛУЧЕНИЕ МИКРОЛИНЗОВЫХ РАСТРОВ С ПОМОЩЬЮ ЛАЗЕРНОГО ГРАВЕРА
4.2.1 Микролинзовыерастры для формирования плавающих изображений
4.2.2 Изготовление мастер-матрицы микролинзового растра методом лазерной абляции резины
4.2.3 Моушен-эффект, полученный с использованием микролинзового растра
4.3 Гомогенизатор лазерного излучения
4.3.1 Интегратор Келера
4.3.2 Получение гомогенизаторов лазерного излучения с помощью абляции
термочувствительной пленки
4.3.3Лазерный генератор линии на базе нерегулярного диффузора
4.4 ИК и Терагерцовые элементы
4.4.1 Поляризаторы

4.4.2 Изготовление поляризатора терагерцового диапазон длин волн методом лазерной абляции алюминированной пленки
4.4.3 Полосовой фильтр терагерцового диапазона частот
4.5 Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Современное развитие техники направлено на удешевление и миниатюризацию элементов. Та же тенденция прослеживается и в оптике -большие системы уступают место волоконной фотонике, микрооптике, как гражданского, так и специального назначения. Особенно быстро развивается полимерная оптика и входит во все области хозяйства, такие как оптическая связь, защита банкнот и документов, декоративная маркировка, медицинская техника. Поэтому, исследования методов создания полимерной микрооптики весьма актуальны. Еще более актуальны исследования научных основ формообразования микрооптических поверхностей с использованием широко распространенной техники, без применения уникального оборудования.
В диссертационной работе проведено исследование формообразования микрооптических поверхностей, основанное на лазерной абляции полимеров, когда в результате нагрева и оплавления полимера формируется микропризменная или микролинзовая поверхность, форма которой определяется как условиями лазерной абляции, так и свойствами обрабатываемого полимера.
Актуальность темы
Современная микрооптика используется во многих областях науки и техники — защитная маркировка купюр и товаров, сенсоры на основе микролазеров, интегральная оптика. Поэтому поиск новых методов и технологий создания микрооптических элементов весьма актуален, особенно в области микрооптики на полимерной пленке, как наиболее дешевых элементов.
Лазерная абляция полимерных материалов — один из перспективных методов создания микрооптических элементов, пригодных для получения их на большой площади и с малой стоимостью, однако в настоящее время вопрос формообразования при лазерной абляции полимера исследован недостаточно, что

не какую-нибудь малую величину вызывает изменение хода лучей на двойную величину перемещения поверхности, так как свет проходит это расстояние дважды. Изменение хода лучей в одной ветви прибора вызывает изменение разности хода интерферирующих лучей, в результате чего полосы в поле зрения смещаются. Если на исследуемой поверхности имеется бугор или впадина, то в этом месте имеется разность хода и, следовательно, полосы смещаются.
2.4 Фотометрирование
Фотометрирование проводилось на приборной базе кафедры Инженерной Фотоники с помощью фотометра и калиброванного источника света.
2.5 ТГц спектроскопия
Спектры пропускания в терагерцовой области частот снимались в сотрудничестве с МГУ им. Ломоносова, лаборатория проф. А.П. Шкуринова. Измерения проводились в типичном импульсном ТГц спектрометре [35], использующем фемтосекундное излучение титан — сапфирового лазера. Комбинация фемтосекундного лазера, преобразователя в терагерцовый импульс (в данном случае поверхность ваАз [36]), детектора ТГИ (в данном случае 2пТе) и линии задержки образует импульсный ТГц спектрометр. Основная часть лазерного излучения преобразуется в «преобразователе» в терагерцовое, малая часть лазерного излучения (пробный луч) проходит через линию задержки и используется для целей регистрации ТГИ в детекторе. В эксперименте измеряется поле ТГц импульса в моменты времени, определяемые задержкой между терагерцовым и пробным оптическим импульсом. Каждое измеренное значение -усреднение результата взаимодействий от множества одинаковых пар импульсов (ТГц и пробный лазерный) при фиксированной задержке во времени между ними.