CN113399823A - 一种镜片阵列镜面的制备装置及制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种镜片阵列镜面的制备装置及制备方法，属于智能穿戴制造领域。装置的光功率调控模块设置于超快激光光源的出射光路上，用于对超快激光进行精细功率调控；光束整形器模块设置于光功率调控模块的出射光路上，用于对聚焦前的超快激光进行光束整形；聚焦模块设置于光束整形器模块的出射光路上，用于会聚超快激光，产生高深径比微细焦场，并将微细焦场置于待加工镜片上；移动模块的工作台固定待加工镜片并能够使超快激光入射方向与待加工镜片入射面法线呈预设角度、待加工镜片位于聚焦模块焦面上且按照预设方向移动，进而使超快激光能够在待加工镜片上直写阵列镜面。本申请可使阵列镜面加工简化，降低成本，良品率高。

Description

一种镜片阵列镜面的制备装置及制备方法

技术领域

本申请涉及智能穿戴制造技术领域，尤其涉及一种镜片阵列镜面的制备装置及制备方法。

背景技术

随着增强现实技术(AR技术)的快速发展，越来越多的高科技可穿戴产品走进公众的视野，如AR眼镜。所谓AR眼镜，即在常规眼镜的几何框架中嵌入近眼显示***，并将微型显示器的画面通过系列光学成像元件投射于人眼中，并在视野前方形成虚像，与真实场景融为一体，起到互相补充，互相“增强”的作用。由于AR眼镜在消费电子、航空航天、国防军事、生物医疗等领域中有较大地应用潜力，国内外科技企业、科研团队越来越重视与AR眼镜相关的技术研发。在AR眼镜中，光耦合输出模块作为光学图像传递的核心组件，担负着将微型显示屏画面终端投影的重要作用。因此，该部件的加工技术研发对于AR眼镜的大规模量产具有重要意义。

目前，传统的几种光耦合输出模块加工方案主要有：棱镜方案、离轴方案、自由曲面方案、阵列镜面波导方案、以及光栅波导方案等。其中基于传统几何光学设计理念的阵列镜面波导方案，其制造工艺不涉及微纳米级结构加工，可以保证图像传递过程中颜色和对比度等具备较高的质量，成为光耦合输出模块的常用方案。但是，阵列镜面波导方案的阵列镜面加工工艺流程比较繁冗，需要在一个个镜面上分别镀分光薄膜。为了确保整个视场角内出光量均一性，每个镜面上薄膜的分光比还需要根据次序精准调节。对于偏振光信号的传递，阵列镜面上的镀膜层数甚至高达几十层。这对镀膜工艺、阵列镜面粘结工艺等提出极高的要求，导致制造成本增加。而一个制造环节的不合格就会产生迭代效应，影响最终的成像质量，导致良品率低。由此可知，目前该阵列镜面的加工方法不仅繁琐、成本高，而且良品率还极低。

发明内容

本申请实施例通过提供一种镜片阵列镜面的制备装置及制备方法，能够解决现有镜片的阵列镜面的加工方法繁琐、成本高以及良品率低的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种镜片阵列镜面的制备装置，包括超快激光光源，光功率调控模块、光束整形器模块、聚焦模块和移动模块；所述光功率调控模块设置于所述超快激光光源的出射光路上，用于对超快激光进行精细功率调控；所述光束整形器模块设置于所述光功率调控模块的出射光路上，用于对聚焦前的所述超快激光进行光束整形；所述聚焦模块设置于所述光束整形器模块的出射光路上，用于会聚超快激光，产生高深径比微细焦场，并将微细焦场置于待加工镜片上；所述移动模块的工作台用于固定所述待加工镜片，所述工作台能够被调控，以使所述超快激光的入射方向与所述待加工镜片的入射面的法线呈预设角度、所述待加工镜片位于所述聚焦模块的焦面上、且所述待加工镜片按照预设方向移动，进而使所述超快激光能够在所述待加工镜片上直写阵列镜面。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述超快激光光源包括振荡器和飞秒激光器；所述振荡器电连接于所述飞秒激光器，用于向所述飞秒激光器提供电信号，以使所述飞秒激光器发射超快激光。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述光功率调控模块包括设置于所述超快激光光源与所述光束整形器模块之间的半波片和偏振片；所述半波片靠近所述超快激光光源并能够接收所述超快激光光源发射的所述超快激光，所述偏振片靠近所述光束整形器模块并能够出射所述超快激光。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，制备装置还包括光路开闭模块；所述光路开闭模块设置于所述光功率调控模块的出射光路上，且位于所述光功率调控模块与所述光束整形器模块之间。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，制备装置还包括控制模块；所述控制模块与所述超快激光光源、所述光束整形器模块、所述移动模块和所述光路开闭模块分别电连接，所述控制模块能够控制所述超快激光光源、所述光束整形器模块、所述移动模块和所述光路开闭模块的工作状态。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，制备装置还包括反射镜，所述反射镜设置于所述光束整形器模块与所述聚焦模块之间，用于将所述超快激光反射之后进入所述聚焦模块。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述移动模块包括五维位移平台；所述五维位移平台的工作台用于固定所述待加工镜片；当调控所述五维位移平台的X轴移动组件、Y轴移动组件、Z轴移动组件、第一旋转轴和第二旋转轴时，能够实现所述超快激光的入射方向与所述待加工镜片的入射面的法线呈预设角度、所述待加工镜片位于所述聚焦模块的焦面上、且所述待加工镜片按照预设方向移动。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述超快激光光源发射的所述超快激光的重复频率在1HZ～1MHz可调。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述聚焦模块包括聚焦物镜。

第二方面，本发明实施例提供了一种使用如上述所述的镜片阵列镜面的制备装置进行阵列镜面制备的方法，包括以下步骤：

清洗所述待加工镜片，并将所述待加工镜片固定于所述移动模块的工作台上；

对所述待加工镜片进行正交矫正，调整所述移动模块以使所述超快激光的入射方向与所述待加工镜片的入射面的法线呈预设角度且所述待加工镜片位于所述聚焦模块的焦面上；

打开所述超快激光光源；

控制所述移动模块以使所述待加工镜片按照预设方向移动，进而所述超快激光能够在所述待加工镜片上直写阵列镜面。

本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本发明实施例提供了一种镜片阵列镜面的制备装置，该制备装置的光功率调控模块设置于超快激光光源的出射光路上，用于对超快激光进行精细功率调控。光束整形器模块设置于光功率调控模块的出射光路上，用于对聚焦前的超快激光进行光束整形。聚焦模块设置于光束整形器模块的出射光路上，用于会聚超快激光，产生高深径比微细焦场，并将微细焦场置于待加工镜片上。移动模块的工作台用于固定待加工镜片，工作台能够被调控，以使超快激光的入射方向与待加工镜片的入射面的法线呈预设角度、待加工镜片位于聚焦模块的焦面上、且待加工镜片按照预设方向移动，进而使超快激光能够在待加工镜片上直写阵列镜面。相较于现有技术中镜片的阵列镜面的制备方法，本申请通过将调控后的超快激光射向待加工镜片，并通过调整待加工镜片的位置，能够对待加工镜片直写阵列镜面，通过使用本申请的制备装置能够使镜片阵列镜面的加工简单化，降低了成本，同时良品率较高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对本发明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，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的镜片阵列镜面的制备装置的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的成品镜片的主视图；

图3为本申请实施例提供的成品镜片的立体图；

图4为本申请实施例提供的阵列镜面波导方案的工作原理结构示意图；

图5为本申请实施例提供的镜片阵列镜面的制备方法的流程图。

图标：1-光路开闭模块；2-超快激光光源；21-振荡器；22-飞秒激光器；3-光功率调控模块；31-半波片；32-偏振片；4-光束整形器模块；5-反射镜；6-聚焦模块；7-待加工镜片；71-镜面；β-预设角度；8-移动模块；81-X轴移动组件；82-Y轴移动组件；83-Z轴移动组件；84-第一旋转轴；85-第二旋转轴；86-工作台；9-控制模块；10-成品镜片；11-现有镜片；111-现有镜面；12-微型显示器；13-人眼。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

目前，基于传统几何光学设计理念的阵列镜面波导方案，其制造工艺不涉及微纳米级结构加工，可以保证图像传递过程中颜色和对比度等具备较高的质量，成为光耦合输出模块的常用方案。如图4示出了阵列镜面波导方案的工作原理：微型显示器12发出的光线经过目镜***准直后，由波导反射面耦合进入现有镜片11的波导镜面，各视场光线依据全反射定理在波导镜面中传播，光线入射到半透半反面上时，一部分反射出波导镜面，另一部分透射继续传播。然后这部分前进的光又遇到另一个波导镜面，重复上述的“反射-透射”过程，直到波导阵列镜面里的最后一个波导镜面将剩下的全部光反射出波导进入人眼13。

但是，现有阵列镜面波导方案中的现有镜片11的阵列镜面加工工艺流程比较繁冗，图4还示出了现有镜片11的结构示意图，现有镜片11的波导阵列镜面的加工需要在多个现有镜面111上分别镀分光薄膜，再把镀膜的一侧依次分别粘接即可形成阵列镜面。为了确保整个视场角内出光量均一性，每个现有镜面111上薄膜的分光比还需要根据次序精准调节。对于偏振光信号的传递，阵列镜面上的镀膜层数甚至高达几十层。这对镀膜工艺、阵列镜面粘结工艺等提出极高的要求，导致制造成本增加。而其中一个制造环节的不合格就会产生迭代效应，影响最终的成像质量，导致良品率低。由此可知，目前现有镜片11的阵列镜面的加工方法不仅繁琐、成本高，而且良品率还极低。

请参照图1所示，本发明实施例提供了一种镜片阵列镜面的制备装置，包括超快激光光源2，光功率调控模块3、光束整形器模块4、聚焦模块6和移动模块8。光功率调控模块3设置于超快激光光源2的出射光路上，用于对超快激光进行精细功率调控。光束整形器模块4设置于光功率调控模块3的出射光路上，用于对聚焦前的超快激光进行光束整形。聚焦模块6设置于光束整形器模块4的出射光路上，用于会聚超快激光，产生高深径比微细焦场，并将微细焦场置于待加工镜片7上。移动模块8的工作台86用于固定待加工镜片7，工作台86能够被调控，以使超快激光的入射方向与待加工镜片7的入射面的法线呈预设角度β、待加工镜片7位于聚焦模块6的焦面上、且待加工镜片7按照预设方向移动，进而使超快激光能够在待加工镜片7上直写阵列镜面71。相较于现有技术中镜片的阵列镜面的制备方法，本申请通过将调控后的超快激光射向待加工镜片7，并通过调整待加工镜片7的位置，能够对待加工镜片7直写阵列镜面71，通过使用本申请的制备装置能够使镜片阵列镜面71的加工简单化，降低了成本，同时良品率较高。

其中，光束整形器模块4是衍射光学元件中最常用的透镜，能够把激光光束转化为一个能量均匀分布的平顶光斑，光斑可以是正方向、圆形或其它形状。本发明实施例中的光束整形器模块4能够接收超快激光并对其进行空间光整形，具体地，该光束整形器模块4能够调控超快激光的振幅和相位。该光束整形器模块4与聚焦模块6配合能够产生远场的一维聚焦焦斑，即产生焦深高达毫米量级的高深径比微细焦场。通过让微细焦场在待加工镜片7中以一定的角度入射、一定的速度移动，即可直写出嵌入式的波导镜面71。而镜面71的分束比可以通过多次刻写改变镜面71厚度来改变，或者改变镜面71区域折射率变化幅量来实现。高深径比微细焦斑在镜片内移动诱导出的波导镜面71，其折射率改变量以及镜面71厚度可以通过激光扫描次数，扫描读取，功率密度等进行调控，以满足具体的光学图像传递耦合输出要求。光束整形器模块4可以是无源器件，也可以是有源器件。

超快激光光源2发射的超快激光的波长可以是近红外波段，也可以是紫外可见波段，具体根据待加工镜片7的材料而定。待加工镜片7的材料可以是玻璃、晶体或者高分子聚合物。待加工镜片7的几何结构可以是平面，曲面或自由曲面。

参照图1所示，超快激光光源2能够发射脉宽可调的超快激光，该超快激光光源2包括振荡器21(英文：Oscillator)和飞秒激光器22(英文：Fs laser)。振荡器21电连接于飞秒激光器22，用于向飞秒激光器22提供电信号，以使飞秒激光器22发射超快激光。

其中，振荡器21是用来产生重复电子讯号的电子元件，是一种能量转换装置，能够将直流电流转换为具有一定频率的交流电信号，为有源器件。

飞秒是一种时间单位，1飞秒为1秒的一千万亿分之一，即1×10^-15秒或0.001皮秒，也叫做毫微微秒。飞秒激光器22对时间的分辨率可以达到飞秒的程度，其是一种利用锁模技术来获得飞秒量级短脉冲的脉冲激光器，飞秒是指脉冲持续时间。飞秒激光不是单色光，而是中心波长在800nm左右的一段波长连续变化光的组合，利用这段范围内连续波长光的相干来获得时间上极大的压缩，从而实现飞秒量级的脉冲输出。采用振荡器21和飞秒激光器22能够发射脉冲宽度小于或等于10ps的超快激光，该超快激光的品质较佳。

继续参照图1所示，光功率调控模块3包括设置于超快激光光源2与光束整形器模块4之间的半波片31和偏振片32。半波片31靠近超快激光光源2并能够接收超快激光光源2发射的超快激光，偏振片32靠近光束整形器模块4并能够出射超快激光。

其中，半波片31又叫二分之一波片，当法向入射的光透过时，寻常光(o光)和非常光(e光)之间的相位差等于π或其奇数倍，这样有一定厚度的双折射晶体称为半波片31。在椭圆偏振光所示的情况中，当法向入射的光透过时，寻常光(o光)和非常光(e光)之间的位相差为π或其奇数倍，则自晶体板出来的合成光仍为平面偏振光，不过出射光的振动平面相对于入射光的振动平面旋转了2θ角，此θ角为入射光振动平面跟晶体表面上光轴的夹角，也就是说，当某一平面偏振光穿过半波片31时，出射光仍为平面偏振光，只不过偏振光的振动面旋转了2θ的角度，并且此旋转角的大小只取决于入射光振动平面与晶体光轴间的夹角θ。由于线偏振光垂直入射到半波片31，透射光仍为线偏振光，假如入射时振动面和晶体主截面之间的夹角为θ，则投射出来的线偏振光的振动面从原来的方位转过2θ角，从而半波片31可以对偏振光进行旋转。

偏振是指横波的振动矢量，即垂直于波的传播方向偏于某些方向的现象，纵波不发生偏振。振动方向对于传播方向的不对称性叫做偏振，它是横波区别于其他纵波的一个最明显的标志。光波电矢量振动的空间分布对于光的传播方向失去对称性的现象叫做光的偏振。偏振片32是指可以使天然光变成偏振光的光学元件。偏振片32对入射光具有遮蔽和透过的功能，可使纵向光或横向光一种透过，一种遮蔽。一般偏振片32是有偏振膜、内保护膜、压敏胶层及外保护层压而形成的复合材料。

本发明实施例提供的光功率调控模块3包括半波片31和偏振片32，通过旋转半波片31的角度，即可与偏振片32配合实现光功率的调控，操作极其方便，而且半波片31和偏振片32材料易得，能够降低整个制备装置的生产成本。

如图1所示，本发明实施例提供的制备装置还包括光路开闭模块1。光路开闭模块1设置于光功率调控模块3的出射光路上，且位于光功率调控模块3与光束整形器模块4之间。光路开闭模块1能够方便调控光束整形器模块4是否输入激光。在实际应用中，光路开闭模块1可以使用光快门。一方面，光快门可以提供毫秒级快门工作，具体地，光快门工作时处于关闭位置，当外部控制器施加脉冲控制信号时光快门打开；只要光快门的控制电压保持高电平，光快门保持打开状态，一旦电压降到低电平，光快门立即关闭。另一方面，光快门可以控制其打开和关闭的频率，从而对激光是否进入光束整形器模块4的调控更精准。

继续参照图1所示，本发明实施例提供的制备装置还包括控制模块9。控制模块9与超快激光光源2、光束整形器模块4、移动模块8和光路开闭模块1分别电连接，控制模块9能够控制超快激光光源2、光束整形器模块4、移动模块8和光路开闭模块1的工作状态。通过调控控制模块9，可以同时控制超快激光光源2、光束整形器模块4、移动模块8和光路开闭模块1，使制备装置自动化，使用更便捷，提高了工作效率，节省了人力。如图1所示，控制模块9可以是电脑等设备，当电脑与光路开闭模块1电连接，通过电脑控制光路开闭模块1，能够切断和联通光路。

本发明实施例提供的制备装置还包括反射镜5，反射镜5设置于光束整形器模块4与聚焦模块6之间，用于将超快激光反射之后进入聚焦模块6，从而可以使超快激光的光路方向发生转折之后再射入聚焦模块6，从而使聚焦效果更好，而且可以便于移动模块8的放置，也使制备装置放置的区域的空间能够更合理地被利用。具体地，如图1所示，反射镜5的反射面的法线与超快激光的入射角的夹角为45°，从而方便反射镜5的安装，也可以进一步使制备装置放置的区域的空间被合理利用。

继续参照图1所示，本发明实施例提供的移动模块8包括五维位移平台。其中，五维位移平台包括X轴移动组件81、Y轴移动组件82、Z轴移动组件83、第一旋转轴84(即θ旋转轴)和第二旋转轴85(

旋转轴)。五维位移平台的工作台86用于固定待加工镜片7。当调控五维位移平台的X轴移动组件81、Y轴移动组件82、Z轴移动组件83、第一旋转轴84和第二旋转轴85时，能够实现超快激光的入射方向与待加工镜片7的入射面的法线呈预设角度β、待加工镜片7位于聚焦模块6的焦面上、且待加工镜片7按照预设方向移动。

其中，如图1所示，调控X轴移动组件81可以实现工作台86前后运动，调控Y轴移动组件82可以实现工作台86左右运动，调控Z轴移动组件83可以实现工作台86上下运动，调控第一旋转轴84和第二旋转轴85可以实现工作台86的水平旋转和左右前后翻转。示例一个实际调控过程，当需要对镜片直写阵列镜面71时，将镜片固定在五维位移平台的工作台86上，然后调整第一旋转轴84和第二旋转轴85，使超快激光的入射方向与待加工镜片7的入射面的法线呈预设角度β，并且调整Z轴移动组件83可使待加工镜片7位于聚焦模块6的焦面上，打开超快激光光源2和光路开闭模块1，调控的超快激光射向镜片，调控X轴移动组件81使工作台86前后运动，使超快激光在镜片上直写出镜面71。当一个镜面71直写完毕，关闭光路开闭模块1，调控Y轴移动组件82使工作台86向左运动到预设位置，打开光路开闭模块1，超快激光射向下一个直写点，并调控X轴移动组件81继续使工作台86前后运动，使超快激光在镜片上直写出下一镜面71，以此工作方式类推，直至在镜片上直写出阵列镜面71。

可选的，超快激光光源2发射的超快激光的重复频率在1HZ～1MHz可调。其中，重复频率是指每秒钟产生的触发脉冲数目，是脉冲重复间隔的倒数，而脉冲重复间隔就是一个脉冲和下一个脉冲之间的时间间隔。超快激光的重复频率在1HZ～1MHz可调，可以使制备装置在实际使用时，根据实际所需求的超快激光进行调节，使本发明实施例的制备装置适用范围更广，更方便。

在实际应用中，聚焦模块6包括聚焦物镜。采用聚焦物镜具有更好的聚焦效果，使镜片直写后得到的阵列镜面71质量更好。

如图5所示，本发明实施例还提供了一种使用上述的镜片阵列镜面的制备装置进行阵列镜面制备的方法，包括步骤S501至步骤S504，具体实施过程如下。

S501：清洗待加工镜片7，并将待加工镜片7固定于移动模块8的工作台86上。

具体地，当移动模块8为五轴位移平台时，将待加工镜片7固定于五轴位移平台的工作台86上，而该工作台86设置于第二旋转轴85上。

S502：对待加工镜片7进行正交矫正，调整移动模块8以使超快激光的入射方向与待加工镜片7的入射面的法线呈预设角度β且待加工镜片7位于聚焦模块6的焦面上。

具体地，当聚焦模块6为聚焦物镜时，对待加工镜片7进行正交矫正后，调整第二旋转轴85，使得聚焦物镜产生的焦斑以预设角度β会聚于待加工镜片7的待加工点上。

S503：打开超快激光光源2。此时，超快激光光源2产生超短脉冲激光。

在打开超快激光光源2之后，根据实际需求来调整半波片31和偏振片32，以获得所需的合适的超短脉冲激光能量。

当控制模块9为电脑时，操作电脑调控飞秒激光器22，从而产生所需的合适的脉冲宽度的超短脉冲激光。通过电脑调试核对光束整形器模块4的工作模式，以满足所需的光束整形要求，最终与聚焦物镜配合产生高深径比微细激光焦场。

S504：控制移动模块8以使待加工镜片7按照预设方向移动，进而超快激光能够在待加工镜片7上直写阵列镜面71。

具体地，通过电脑协同控制五轴位移平台和光路开闭模块1，当X轴移动组件81以合适的速度移动时，超快激光则可以在镜片内部直写出嵌入式的波导镜面71。

改变Y轴移动组件82的坐标，并继续将X轴移动组件81以合适的速度移动，即可实现嵌入式波导阵列镜面71的选区加工。

在实际阵列镜面71的制备中，通过调控激光参数、运动速度以及刻写次数，可以改变波导阵列镜面71的厚度和该区域的折射率改变量，进而实现对波导镜面71分束比的调控。

如图2示出了阵列镜面71已加工完成的成品镜片10的主视图，图3示出了阵列镜面71已加工完成的成品镜片10的立体图。

相较于现有技术中镜片的阵列镜面71的制备方法，本申请通过将调控后的超快激光射向待加工镜片7，并通过调整待加工镜片7的位置，能够对待加工镜片7直写阵列镜面71，通过使用本申请的制备方法能够使镜片阵列镜面71的加工简单化，大幅度降低了成本，同时良品率较高。

本发明提供的制备装置及制备方法简单易实施，通过非线性激光能量沉积的方式，结合激光时空整形产出的高深径比微细焦场，在整块透明镜片中通过调控焦场方位、移动焦点位置，从而诱导局域材料折射率的改变，可以直接在透明镜片中刻写波导阵列镜面71，实现镜片中阵列镜面71的选区加工及镜面71特性的调控，省略了传统工艺中不可避免的切割、抛光、镀膜、粘合等系列繁琐工艺，从而彻底解决传统阵列波导镜面71加工中存在的工艺复杂，成品率低、机械强度差等缺陷。

本发明实施例提供的制备装置和制备方法加工效率高、精度高、工艺灵活。具体地，本发明提供的制备方法加工十个波导阵列镜面71只需要一分钟，极大地缩短了加工时间。波导阵列镜面71的刻写具有选区功能，只需要电脑操控来移动放置待加工镜片7的工作台86的位置即可。波导镜面71角度的调节只需要电脑控制第二旋转轴85即可。波导阵列镜面71的角度误差可以控制在0.01°以下。而且本发明实施例提供的制备装置和制备方法具备多次修复、调试功能，具体地，对于部分波导镜面71反射率不够的情况，可以通过增加刻写次数，扩展反射面厚度等二次修复手段来实现。另外本发明实施例提供的制备装置和制备方法使用范围广泛，具体地，通过非线性能量沉积诱导波导镜面71，再基于超快激光直写的方式，几乎适用于所有材质的镜片，从而极大地扩展了镜片材质的选择范围。最后本发明实施例提供的制备装置和制备方法制备的镜片的阵列镜面71机械强度高，具体地，由于本发明实施例基于超快激光1直写的嵌入式加工方式，抛弃了传统的胶粘接工艺，从而阵列镜面71与镜片本体的材质相同，进而整个镜片及阵列镜面71的机械强度均较高。

下面提供一个平面融石英镜片的阵列镜面71的制备过程：通过光束整形器模块4将中心波长1030nm，重复频率为10kHz的高斯分布的飞秒脉冲光束，即超快激光整形为贝塞尔光束，再通过聚焦物镜聚焦为微细焦斑的超快激光汇聚投影于镜片内。调控第二旋转轴85改变微细焦场与镜片表面的夹角，即预设角度β，并控制五维位移平台的X轴移动组件81、Y轴移动组件82，即可在镜片内部直写出既定角度的嵌入式阵列波导镜面71。将激光辐照功率密度调控为10¹³W/cm²左右，采用激光焦点多次扫描和变速扫描的方式即可实现对镜面71厚度、镜面71处折射率改变量的调控。

本说明书中的各个实施方式采用递进的方式描述，各个实施方式之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施方式重点说明的都是与其他实施方式的不同之处。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对本申请限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种镜片阵列镜面的制备装置，其特征在于，包括超快激光光源，光功率调控模块、光束整形器模块、聚焦模块和移动模块；

所述光功率调控模块设置于所述超快激光光源的出射光路上，用于对超快激光进行精细功率调控；

所述光束整形器模块设置于所述光功率调控模块的出射光路上，用于对聚焦前的所述超快激光进行光束整形；

所述聚焦模块设置于所述光束整形器模块的出射光路上，用于会聚超快激光，产生高深径比微细焦场，并将微细焦场置于待加工镜片上；

所述移动模块的工作台用于固定所述待加工镜片，所述工作台能够被调控，以使所述超快激光的入射方向与所述待加工镜片的入射面的法线呈预设角度、所述待加工镜片位于所述聚焦模块的焦面上、且所述待加工镜片按照预设方向移动，进而使所述超快激光能够在所述待加工镜片上直写阵列镜面。

2.根据权利要求1所述的制备装置，其特征在于，所述超快激光光源包括振荡器和飞秒激光器；

所述振荡器电连接于所述飞秒激光器，用于向所述飞秒激光器提供电信号，以使所述飞秒激光器发射超快激光。

3.根据权利要求1所述的制备装置，其特征在于，所述光功率调控模块包括设置于所述超快激光光源与所述光束整形器模块之间的半波片和偏振片；

所述半波片靠近所述超快激光光源并能够接收所述超快激光光源发射的所述超快激光，所述偏振片靠近所述光束整形器模块并能够出射所述超快激光。

4.根据权利要求1所述的制备装置，其特征在于，还包括光路开闭模块；

所述光路开闭模块设置于所述光功率调控模块的出射光路上，且位于所述光功率调控模块与所述光束整形器模块之间。

5.根据权利要求4所述的制备装置，其特征在于，还包括控制模块；

所述控制模块与所述超快激光光源、所述光束整形器模块、所述移动模块和所述光路开闭模块分别电连接，所述控制模块能够控制所述超快激光光源、所述光束整形器模块、所述移动模块和所述光路开闭模块的工作状态。

6.根据权利要求1所述的制备装置，其特征在于，还包括反射镜，所述反射镜设置于所述光束整形器模块与所述聚焦模块之间，用于将所述超快激光反射之后进入所述聚焦模块。

7.根据权利要求1所述的制备装置，其特征在于，所述移动模块包括五维位移平台；

所述五维位移平台的工作台用于固定所述待加工镜片；

当调控所述五维位移平台的X轴移动组件、Y轴移动组件、Z轴移动组件、第一旋转轴和第二旋转轴时，能够实现所述超快激光的入射方向与所述待加工镜片的入射面的法线呈预设角度、所述待加工镜片位于所述聚焦模块的焦面上、且所述待加工镜片按照预设方向移动。

8.根据权利要求1所述的制备装置，其特征在于，所述超快激光光源发射的所述超快激光的重复频率在1HZ～1MHz可调。

9.根据权利要求1所述的制备装置，其特征在于，所述聚焦模块包括聚焦物镜。

10.一种使用如权利要求1～9任一项所述的镜片阵列镜面的制备装置进行阵列镜面制备的方法，其特征在于，包括以下步骤：

清洗所述待加工镜片，并将所述待加工镜片固定于所述移动模块的工作台上；

对所述待加工镜片进行正交矫正，调整所述移动模块以使所述超快激光的入射方向与所述待加工镜片的入射面的法线呈预设角度且所述待加工镜片位于所述聚焦模块的焦面上；

打开所述超快激光光源；

控制所述移动模块以使所述待加工镜片按照预设方向移动，进而所述超快激光能够在所述待加工镜片上直写阵列镜面。

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