一种半导体激光器光匀化片的加工方法及加工装置与流程

本发明属于半导体激光器领域，具体涉及一种半导体激光器光匀化片的加工方法及加工装置。

背景技术：

激光器由于其亮度高、发散角好，在激光显示、激光照明等诸多方面有着重要的应用。但是由于激光功率一般呈高斯分布，大多数情况下为了提高亮度，需要多个激光器藕合输出，所以得到的光场是不均匀的。目前，激光器光匀化普遍采用匀光片进行匀化，而传统匀光片的制造存在以下问题：

第一、工艺流程复杂，需要使用光刻机制作光刻板，光刻腐蚀的工艺流程较为复杂；

第二、制造成本高，生产制造需要投入光刻、清洗等设备，同时，生产中使用的化学品、有机物清洗及水清洗消耗较大，此外，后期有机物处理及生产废水处理成本较高，使得光刻腐蚀的匀光片生产成本居高不下；

第三，对环境有污染，生产中使用的光刻胶为有毒物质，同时，由于清洗时需使用大量的有机物、酸性腐蚀液以及水清洗，因此会产生大量废有机溶剂、含有有机溶剂废物、感光材料废物及废碱等，对环境造成污染；

第四、光损耗大，传统的加工工艺，使用酸碱化学品刻蚀，化学刻蚀会有微小的蚀坑，蚀坑不规则，亚表面损伤严重，表面积大，光在蚀坑内多次反射折射，光的每次反射折射都会有一定的损耗，多次反射和折射，大功率激光器照射后，损伤会进一步加剧，光的损耗大；

第五、光损耗大，匀光片表面一般采用冷加工的工艺进行处理，冷加工一般采用机械摩擦，该种方式会导致光学面近表层微损伤，这种微损伤在高功率激光的照射下，损伤也会进一步加剧，使得光损耗会更大。

技术实现要素：

本发明的目的是解决现有激光器光匀化片制造成本高、制造工艺复杂、环境污染大、光损耗大等问题，提供一种半导体激光器光匀化片的加工方法及加工装置。

为实现以上发明目的，本发明的技术方案是：

一种半导体激光器光匀化片的加工方法，包括以下步骤：

步骤一、将基板放置在三维移动装置的工作台上，将至少一根尖针设置在基板的上方；

步骤二、移动工作台或尖针，控制基板和尖针在z方向的距离，使得尖针在基板表面划线或压点，在基板表面形成线条或凹槽，从而完成光匀化片的制作。

进一步地，步骤一中，尖针的外层涂敷不沾材料。

进一步地，步骤一中，所述不沾材料为油脂、滑石粉、黏土、硼砂或聚四氟乙烯。

进一步地，步骤一中，尖针为圆形或多边形尖针，材料为钢或者陶瓷，直径为0.001mm～1mm，尖针为多根时，多根尖针整齐排列为圆形或多边形。

进一步地，步骤一中，所述基板为甲基丙烯酸甲酯，步骤二中，在移动工作台或尖针之前，还包括将尖针加热的过程，加热温度为80～500℃。

进一步地，步骤一中，所述基板为玻璃，步骤二中，在移动工作台或尖针之前，还包括将基板加热的过程，加热温度为400～2000℃。

同时，本发明还提供了一种半导体激光器光匀化片的加工装置，包括三维移动装置和至少一个尖针，所述三维移动装置的工作台用于放置基板，所述尖针设置在基板的上方。

进一步地，所述尖针的外层涂敷不沾材料。

进一步地，还包括加热装置，所述加热装置用于对尖针或对基板加热。

进一步地，所述尖针为圆形或多边形尖针，直径为0.001mm～1mm，材料为钢或者陶瓷，尖针为多根时，多根尖针整齐排列为圆形或多边形。

与现有技术相比，本发明技术方案具有以下有益效果：

1.成本低廉，加工使用传统机械三轴，固定资产投入小，生产中无消耗品，成本较低。

2.加工方法简单；只需三维移动装置的xy轴夹持待加工基板水平移动，z轴垂直运动，三个轴的运动配合使得单根尖针在基板表面划线或者压点，形成规则的线或小坑即可完成加工。

3.光损耗小，本发明采用热加工的方法，尖针表面涂敷不沾材料，在加工过程中，加热的尖针划过或扎过基体，把热传递给基体，依靠基体的表面张力，使得尖针划过或扎过的基体表面光滑，加工的微孔表面光滑，不存在化学刻蚀产生的不规则的孔洞，光折射、反射次数少，对光的吸收也少，因此光损耗小。

4.对环境无污染，生产过程中无需光刻胶、有机物来和酸碱腐蚀液，整个加工过程采用物理热挤压的方法，对环境无污染，符合当前环保要求。

附图说明

图1为本发明半导体激光器光匀化片的加工装置(单根尖针)的示意图；

图2为本发明半导体激光器光匀化片的加工装置(多根尖针)的示意图；

图3为本发明加工装置加工的干涉小孔示意图。

附图标记：1-三维移动装置，2-尖针，3-基板，4-干涉小孔。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步详细描述。

现有激光器光匀化普遍采用匀光片进行匀化，而传统匀光片的制造需要光刻、腐蚀、清洗等复杂工艺，生产制造需要投入光刻、清洗等设备，使得其投入成本高，光刻胶及化学蚀刻尤其是腐蚀工艺产生的废水废气污染环境，并且只能刻蚀玻璃，对低廉的甲基丙烯酸甲酯耐腐蚀材料无法加工。基于上述问题，本发明提供了一种大功率半导体激光器光匀化片的加工方法及加工装置，该装置和方法采用物理加工工艺，生产工艺简单，容易加工，固定资产投入少，整个生产过程无消耗品，生产成本低廉，生产周期短，不使用化学物品，直接减少了环境污染问题，且加工的光匀化片亚表面损伤小，表面以超光滑为主，材料对光的吸收降低，光损耗小。

如图1至图3所示，本发明半导体激光器光匀化片的加工装置包括三维移动装置1和至少一个尖针2，三维移动装置1的工作台上用于放置基板3，尖针2设置在基板3的上方。尖针2的外层涂敷不沾材料，依据匀化的要求，尖针2可为圆形或多边形尖针，当然，也可根据匀化需求设置为其他形状的尖针，尖针直径具体可为0.001mm～1mm，材料为钢或者陶瓷，尖针2为多根时，多根尖针2整齐排列，排列为圆形或多边形。

本发明不沾材料具体为油脂、滑石粉、黏土、硼砂或聚四氟乙烯等，在尖针2表面敷涂不占材料，可使得加工的孔洞更光滑，对激光吸收少，光损耗小，同时，使得加工效率更高，加工完后不用二次打磨。

本发明基体具体采用甲基丙烯酸甲酯或玻璃，甲基丙烯酸甲酯或玻璃对激光的光吸收少，激光通过甲基丙烯酸甲酯或玻璃后，光功率衰减少。若基板3为甲基丙烯酸甲酯或玻璃时，本发明装置还包括加热装置，加热装置用于对尖针2或对基板3加热。基板3为甲基丙烯酸甲酯时，加热装置用于对尖针2进行加热，加热温度为80～500℃。基板3为玻璃时，加热装置用于对基板3进行加热，加热温度为400～2000℃。加热装置具体可为电热丝加热、红外灯照射加热或电烘箱内部加热，加热装置加热后，基体更容易加工，同时还可以提高加工效率。

加工时，单根尖针2装配在xyz三轴滑台上，水平工作台在xy轴方向运动，控制孔隙的间距，z轴控制尖针2压甲基丙烯酸甲酯或加热软化玻璃的深度。单根尖针2加热后在聚甲基丙烯酸甲酯平面斜轧或划直线，形成深度0.001mm到1mm的圆形孔，也可以多根尖针2整齐排列，装配在垂直z轴上，下面放置甲基丙烯酸甲酯，多根尖针2加热后，通过z轴控制多根尖针2在甲基丙烯酸甲酯内的深度，或者多根尖针2整齐排列，装配在垂直z轴上，下面放置加热软化的玻璃，通过z轴控制多根尖针2在软化玻璃内的深度，从而形成干涉小孔4。

本发明提供的半导体激光器光匀化片的加工方法，包括以下步骤：

步骤一、将基板3放置在三维移动装置1的工作台上，将至少一根尖针2设置在基板3的上方；

步骤二、移动工作台或尖针2，控制基板3和尖针2在z方向的距离，使得尖针2在基板3表面划线或压点，在基板3表面形成线条或凹槽，完成光匀化片的制作。

若基板3为甲基丙烯酸甲酯，则步骤二在移动工作台或尖针2之前，还包括将尖针2加热的过程，加热温度为80～500℃。若基板3为玻璃，则步骤二在移动工作台或尖针2之前，还包括将基板3加热的过程，加热温度为400～2000℃。

相比现有技术，本发明半导体激光器光匀化片的加工方法及加工装置具有如下特点：

1)加工方法简单；本发明使用传统机械加工工艺，单根尖针加工时，单根尖针安装在传统三轴加工设备的z轴上，待加工零件水平放置在xy平面上。待加工材质为甲基丙烯酸甲酯时，单根尖针加热(温度80到500℃)，xy轴夹持待加工材料水平移动，z轴垂直运动，三个轴的运动配合，使得单根尖针在甲基丙烯酸甲酯表面划线或者压点，形成规则的线或小坑。多根尖针加工时，多根尖针整齐排列，且装配于z轴上，针尖位于同一个水平面上，待加工材质为甲基丙烯酸甲酯时，所有的尖针全部加热(温度80到500℃)，待加工材质为玻璃时，尖针不加热，玻璃加热(400到2000℃)，排列整齐的尖针一次或多次压下，形成微孔。

2)成本低廉，本发明加工使用传统机械三轴，固定资产投入小，生产中无消耗品，成本低廉。

3)光损耗小，本发明采用热加工的方法，尖针表面涂敷不沾材料，在加工过程中，加热的尖针划过或扎过基体，把热传递给基体，依靠基体的表面张力，使得尖针划过或扎过的基体表面光滑，加工的微孔表面光滑，不存在化学刻蚀产生的不规则的孔洞，光折射、反射次数少，对光的吸收也少，因此光损耗小。

4)对环境无污染，生产过程中不使用光刻胶，不需要有机物来清洗，不使用酸碱腐蚀液，整个加工过程使用的是物理热挤压的方法，对环境无污染，符合当前环保要求。

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