автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.07, диссертация на тему:Физико-технические основы лазерных технологий изготовления оптических элементов

Введение

1 Термомеханические напряжения при лазерном изготовлении оптических элементов.

1.1. Основные физические процессы, приводящие к образованию оптического элемента при воздействии лазерного излучения на стекла и стеклообразные материалы.

1.2. Напряжения в стеклах и стеклообразующих материалах, возникающие при лазерном изготовлении оптических элементов.

1.2.1. Эволюция поля напряжений при лазерном изготовлении оптических элементов.

1.3. Классификация режимов лазерного воздействия при изготовлении оптических элементов.

1.4. Анализ условий разрушения стекол термоупругими напряжениями при лазерной обработке.

1.5. Оценки остаточных напряжений при лазерной обработке стекла.

1.6. Основные результаты.

2 Оборудование для лазерного изготовления оптических элементов.

2.1. Требования к лазерному оборудованию для изготовления оптических элементов и его состав.

2.2. Управление распределением плотности мощности лазерного излучения в области обработки.

2.2.1. Алгоритмы сканирования, применяемые при лазерном формировании оптических элементов.

2.2.2. Коррекция искажений траектории сканирования.

2.3. Обратные связи в технологиях лазерного изготовления оптических элементов.

2.4. Базовая лазерная технологическая установка для изготовления оптических элементов.

2.5. Измерение основных оптических и геометрических параметров оптических элементов.

2.5.1. Измерение оптических параметров оптических элементов.

2.5.1.1. Измерение фокальных отрезков и диаметра фокального пятна под микроскопом.

2.5.1.2. Измерение фокусных расстояний оптических элементов в гауссовых пучках.

2.5.1.3. Измерение диаметра фокального пятна и распределения интенсивности в фокальной плоскости.

2.5.1.4. Определение числовой апертуры. Измерение процускания оптических элементов.

2.5.2. Измерение профиля поверхности и геометрических параметров оптических элементов.

2.6. Основные результаты.

3 Разработка основ технологии изготовления оптических элементов управляемым испарением стекла. 77 3.1. Анализ процесса испарения стекла при лазерном нагревании.

3.2. Анализ гидродинамических процессов на поверхности стекла при лазерной обработке.

3.2.1. Режим стационарного течения.

3.2.2. Точечный источник.

3.2.3. Источник конечных размеров.

3.3. Экспериментальное изучение технологии изготовления оптических элементов лазерным испарением стекла.

3.3.1. Влияние параметров лазерной обработки на профиль поверхности оптического элемента.

3.3.1.1. Зависимость толщины испаренного слоя кварцевого стекла от параметров лазерной обработки.

3.3.1.2. Влияние параметров сканирования на профиль поверхности.

3.3.1.3. Кинетика образования поверхности цилиндрических линз.

3.3.2. Влияние параметров обработки на качество поверхности оптических элементов.

3.4. Лазерная технология изготовления мягких диафрагм.

3.5. Лазерная обработка оптических волокон в режиме испарения.

3.6. Оптические элементы, изготовленные лазерным испарением материала, и их оптические свойства.

3.7. Основные результаты.

4 Изготовление оптических элементов лазерным спеканием пористых стекол.

4.1. Основные факторы, влияющие на свойства оптических элементов на основе пористого стекла.

4.2. Пористое стекло. Изготовление, свойства.

4.2.1. Изготовление пористого стекла.

4.2.2. Неоднородность пластин пористого стекла.

4.3. Оптические свойства пластин пористого стекла.

4.3.1. Метод измерения локального показателя преломления пластин пористого стекла.

4.3.2. Исследование оптической однородности пластин пористого стекла.

4.3.3. Связь показателя преломления пластин пористого стекла с пористостью.

4.3.4. Исследование распределения показателя преломления по толщине пластины пористого стекла.

4.3.5. Исследование анизотропии пластин пористого сте

1 кла.

4.3.5.1. Повышение числовой апертуры оптических элементов на основе пористого стекла.

4.4. Исследование процесса лазерного локального спекания пористого стекла.

4.4.1. Исследование температурных режимов спекания пористого стекла.

4.4.1.1. Измерение температуры спекания термопарами.

4.4.1.2. Пирометрические измерения температуры спекания.

4.4.2. Исследование кинетики локального лазерного спекания пористых стекол.

4.5. Модель лазерного локального спекания пористых стекол.

4.5.1. Физическая модель локального спекания.

4.5.2. Экспериментальная проверка модели спекания пористого стекла.

4.5.3. Сопоставление экспериментальных данных по кинетике локального лазерного спекания стекол с модельными представлениями.

4.6. Основные результаты.

5 Лазерные технологии изготовления оптических элементов в режимах "мягкого" лазерного нагревания.

5.1. Реакция монолитного оптического стекла на локальное лазерное нагревание.

5.1.1. Модификация структуры оптических стекол и закалка.

5.1.2. Размягчение и вязкое течение стекла.

5.2. Технологии формирования элементов на основе оптических волокон.

5.2.1. Лазерные технологии изготовления оконечных волоконно-оптических элементов.

5.2.2. Лазерная технология изготовления фоконов.

5.2.3. Изготовление асферических цилиндрических линз на основе оптических волокон.

5.2.4. Анализ процесса лазерного изготовления зондов для ближнепольных оптических микроскопов.

5.3. Прочие лазерные технологии, реализуемые в режиме мягкого нагревания.

5.3.1. Лазерная технология "сплавления".

5.3.2. Аморфизация керамик и стеклокерамик [12]

5.4. Основные результаты.

6 Поведение аморфных тел при быстром изменении температуры.

6.1. Особенности поведения стекол и стеклообразных материалов при лазерном нагревании.

6.2. Современные представления о структуре стекла и методы ее анализа.

6.2.1. Структура стекла.

6.2.2. Методы анализа структуры и свойств жидкостей и аморфных тел.

6.3. Модель жидкости.

6.3.1. Вакансионная модель плавления.

6.3.2. Появление текучести при плавлении.

6.3.3. Кристаллизация из расплава. Критическая скорость охлаждения.

6.3.4. Анализ свойств растворов замещения.

6.4. Некоторые вопросы диффузионной кинетики процессов в жидкостях и аморфных телах.

6.4.1. Кинетика плавления и перегрев твердых тел при плавлении.

6.5. Модель плавления кристаллического кварца.

6.6. Особенности фазовых структурных переходов в жидкостях и аморфных телах.

6.7. Основные результаты.

В последние десятилетия XX века оптика переживает свое второе рождение. Это связанов первую очередь с созданием мощных источников оптического излучения - лазеров, что изменило представления о его возможностях и способствовало появлению новых областей фундаментальной и прикладной оптики.

Оптика завоевьшает все новые области приложений) вытесняя электронику из традиционных областей ее применения. Этот процесс связан в первую очередь с буршам развитием информационных технологий, где оптическая звукозапись уже практически вытеснила магнитную, а оптическая видеозапись и оптическая память демонстрируют свои преимущества над магнитными. Оптическая волоконная связь все шире распространяется по планете и уже сегодня носит глобальный характер.

Важнейшие направления развития современной оптики связаны также с появлением полупроводниковых лазеров, линеек и матриц из них, суммарная мощность которых достигает сотни ватт при комнатной температуре, и с их применениями в медицине, промышленности и т.п.

Широкое распространение получают волоконно-оптические системы доставки лазерного излучения от источника к объекту воздействия в медицинских и экологических системах, следовательно, требуются волоконно-оптические инструменты для этих систем.

Следует сказать также о микросистемной технике, включающей совокупность микро-оптических, электронных и механических компонентов для создания в интегрированном виде устройств различного назначения: датчиков, приемников, микроприводов, интегрально-оптических устройств и т.д.

Все эти относительно новые и будущие направления развития сложных оптических и оптоэлектронных систем, такие как оптические ком-пыотеры и глобальные оптические информационные сети настоятельно требуют новой, разнообразной и, чаще всего, миниатюрной компонентной базы. Новые оптические элементы предназначены, в основном, не для передачи изображения, а для согласования самых разнообразных источников и приемников излучения и для концентрации энергии от источников излучения с различными параметрами. Для этих целей требуются и асферические элементы.

Компонентная база для новых оптических систем не может быть в полной мере реализована традиционными методами оптических технологий в следствие их недостатков, таких как низкая производительность, трудность контроля в процессе обработки и автоматизации процесса, которые ставят оптико-механическую технологию на грань искусства.

В связи с этим в оптическую технологию стали проникать новые метода!, основанные на различных физических процессах. Среди них - технология даготовления оптических элементов прессованием из пластмасс {1], методы ионного и молекулярного обмена [2], используемые для создания областей с градиентом показателя преломления, фотолитография [3], ионно- и электроннолучевые метода! [4] и т.д.

Достигнутые успехи в развитии лазерных технологий, основанные на совершенствовании параметров лазерных источников излучения, детальных исследованиях взаимодействия лазерного излучения с веществом и разработке гибких методов управления лазерным излучением, позволили перейти к освоению новых, весьма перспективных областей их применения. Лазерные технологии уже позволили решить ряд крупных задач современного производства. К ним относятся: повышение стойкости инструмента и оснастки за счет лазерной локальной термообработки, повышение качества изделий приборостроения путем применения лазерной сварки, повышение точности и качества тонкопленочных элементов, широко используемых в микроэлектронике, интегральной оптике, лазерной технике, в оптическом и электронном приборостроении, таких как линейные и логические (цифровые) гибридно-пленочные схемы, кварцевые резонаторы и фильтры, оптические шкалы и сетки, кодовые маски и тому подобные элементы.

Санкт-Петербургский Государственный институт точной механики и оптики (Технический Университет), ГИТМО(ТУ) (ранее Ленинградский институт точной механики и оптики - ЛИТМО) является инициатором целенаправленных исследований лазерного воздействия на оптические стекла, стеклокерамики и другие стеклообразные материалы с целью изготовления оптических элементов. Исследования проводятся в проблемной лаборатории лазерных технологий ЛИТМО с 1980 г. Эти исследования хорошо известны за рубежом, где признан их приоритетный характер.

Основной акцент при проведении экспериментальных исследований сделан на исследование кинетики формирования оптических элементов. Это вызвано тем, что даже при постоянных значениях основных параметров лазерного воздействия (мощности излучения, размеров зоны лазерного воздействия и др.) свойства оптических элементов могут изменяться в зависимости от времени воздействия в широком диапазоне. Кроме того, в работе приводятся только наиболее существенные результаты, необходимые для проведения анализа исследуемых процессов, поскольку экспериментальные исследования всей совокупности зависимостей свойств оптических элементов от режимов лазерного воздействия черезвычайно объемны.

При проведении технологических исследований обнаружен ряд не известных ранее особенностей протекания процессов стимулированных лазерным локальным нагреванием стекол и стеклообразных материалов. Для их объяснения потребовалось проведение фундаментальных исследований свойств и структуры аморфных материалов.

Цели и задачи работы.

Целью работы является создание физико-технических основ лазерных технологий изготовления миниатюрных оптических элементов, концентрирующих энергию от источников излучения с различными параметрами, и разработка технологических процессов их изготовления, основанных на лазерном нагревании стекол и стеклообразных материалов.

Для достижения поставленной дели необходимо было решить следующие задачи:

- обосновать возможность применения лазерного локального нагревания для изготовления оптических элементов с точки зрения возникающих при лазерной обработке стекол и стеклообразных материалов напряжений и классифицировать режимы лазерной обработки стекол и стеклообразных материалов по уровню возникающих в них напряжений;

- создать физическую и математическую модель аморфных материалов, на основе которой возможно проведение анализа протекающих в них процессов, стимулированных лазерным локальным нагреванием;

- разработать физические основы лазерных технологий формирования оптических элементов — изучить основные физические процессы, сопровождающие тепловое действие лазерного излучения на стекла и стеклообразные материалы и создать физические модели формирования оптических элементов на их основе;

- разработать технологические принципы процессов обработки стеклообразных материалов, определить режимы обработки;

- разработать способ управления распределением плотности мощности лазерного излучения в области обработки и технические средства для его реализации;

- разработать методы контроля параметров микрооптических элементов, в том числе метод оптических обратных связей, и аппаратуру для их реализации;

- разработать конструктивные схемы технологических стендов и установок.

Решение перечисленных задач в полной мере обеспечивает достижение поставленной цели.

Научная новизна.

Новизна работы определяется тем, что в ней впервые разработаны и обобщены физические и технические основы нового направления — лазерных технологий изготовления оптических элементов. Работа является первым комплексным исследованием лазерных технологий изготовления оптических элементов, охватывающим самые различные физические и технологические их особенности: физические модели формирования оптических элементов при лазерном локальном воздействии, разработку и оптимизацию технологий изготовления различных типов миниатюрных концентрирующих оптических элементов, способы измерения их параметров, разработку оборудования для лазерного изготовления оптических элементов различного назначения.

В ходе исследований впервые получены следующие результаты.

1. Выявлены, систематизированы и исследованы основные физические процессы, сопровождающие воздействие лазерного излучения на стекло и стеклообразные материалы. Изучены особенности процессов лазерного испарения стекол, течения стекла в размягченном состоянии, термоуплотнения пористых стекол и показана возможность использования этих процессов для создания микрооптических элементов.

2. Определены три основных режима воздействия лазерного излучения на стекла и стеклообразные материалы в зависимости от скоростей нагрева и охлаждения, достигаемых температур Т и возникающих термонапряжений — мягкое нагревание, жесткое нагревание и испарение. Рекомендованы тешшжячесхяе режимы обработки, обеспечивающие долговременную стабильность и механическую прочность формируемых микрооптических элементов.

3. Разработаны технологические процессы формирования микрооптических элементов на основе лазерного испарения стекла, течения стекла в размягченном состоянии и термоуплотнения пористых стекол. Проведено изучение их основных технологических характеристик: возникающие термонапряжения, качество поверхности, долговременная стабильность, производительность, диапазон обеспечиваемых оптических параметров, возможность полной автоматизации и т.д.

4. Показано, что метод лазерного испарения стекол может быть использован для формирования асферических поверхностей заданного профиля. Выявлены и проанализированы основные факторы, влияющие на его точность и качество поверхности. Показано также, что профиль поверхности любой степени сложности может быть обеспечен лазерным испарением материала при соответствующем законе управления сканированием пучка. Для обеспечения оптического качества поверхности при лазерной обработке стекла испарением использован метод лазерной полировки.

5. Предложен и разработан принципиально новый метод контроля оптических параметров элементов в процессе их изготовления - за счет введения в технологическую установку обратных связей по требуемым оптическим характеристикам. Метод позволяет полностью автоматизировать процесс изготовления оптических элементов и обеспечить их необходимую точность. Разработана лабораторная установка, в которой реализован принцип обратной связи по оптическим параметрам для изготовления фокусирующих микрооптических элементов.

6. На основе модифицированной модели вакансионного плавления, позволившей с хорошей точностью рассчитывать температуру и теплоту плавления, создана модель жидкости и аморфных тел ЖДВК ("жидкость - деформированный вакансиями кристалл"). Применение этой модели позволило с единых позиций объяснить и математически описать изменение растворимости примеси при плавлении и влияние примеси на температуру плавления. На основе предложенной модели удалось впервые объяснить и описать процесс возникновения текучести при плавлении, определить критическую скорость охлаждения при аморфизации из расплава в зависимости от скорости нагревания и условия возникновения перегрева твердого тела выше температуры плавления. С применением модели ЖДВК показано, что склонность кварца к аморфизации определяется малым коэффициентом диффузии вакансий кислорода в нем, описан фазовый структурный переход, температура которого может иметь различные значения при нагревании и охлаждении и зависит от скорости изменения температуры.

Новизна предложенных технических решений подтверждена 5 авторскими свидетельствами и Российским патентом.

Практическая ценность.

Выполненные исследования находятся в русле Российских и международных программ, направленных на исследование и разработку перспективных технологий различного назначения: "Гиперболоид 95", "Оптика и оптоэлектроника", "Машины, технологии и оборудование будущего", "Лазерная технология и средства ее реализации", "Фундаментальные исследования в области приборостроения", "Лазеры и лазерные технологии 1998-2000", "Исследования в области ядерной техники и физики пучков ионизирующих излучений. Лазерные пучки и научно-технологические основы их применения", гранты Министерства науки и технологий Германии (BMBF) на совместный международный проект с Бременским институтом прикладной оптики (BIAS, Германия). Кроме того, ряд совместных работ выполнен с университетом г. Туссона (США), с фирмами "Medi-Vision", "Scientific Medical Instrument" и др, что подтверждает научный и практический интерес к проводимым работам.

Результаты работы позволили создать новое направление в оптических технологиях — лазерные технологии изготовления оптических элементов. Оптические элементы, изготовленные с применением лазерных технологий, в том числе асферические, использованы в лазерных системах, лазерном технологическом оборудовании, как инструментарий для медицинских лазерных установок.

Предложен, реализован и положен в основу нового класса лазерных установок принцип обратной связи по оптическим параметрам при изготовлении оптических элементов.

Разработанный способ и оборудование для управления распределением плотности мощности лазерного излучения в области обработки путем управления локальной скоростью движения сфокусированного лазерного излучения с постоянной плотностью мощности применяется в лазерных технологических установках различного назначения.

Предложенные критерии выбора режимов лазерной обработки стекол и стеклообразных материалов без разрушения напряжениями в процессе обработки существенно сокращают время отработки технологических режимов.

Разработанные методики и оборудование для локального измерения показателя преломления пластин пористого стекла использованы при разработке технологий изготовления пластин пористого стекла с повышенной однородностью.

На основе разработанной модели жидкости, можно, используя хорошо развитый аппарат описания свойств кристаллов, прогнозировать и рассчитывать свойства жидкостей и аморфных тел.

Личный вклад автора в получение научных и практических результатов состоял в личном участии в анализе и выборе путей исследований и разработок, предложении и разработке их научной и практической реализации, разработке методик экспериментальных исследований, постановке и проведении теоретических исследований, в разработке лабораторных технологических процессов лазерного изготовления оптических элементов, методик анализа их свойств, предложении и развитии модели жидкости и аморфных тел - ЖДВК.

Апробация работы

Результаты работы доложены на:

II Всесоюзной конференции "Применение лазеров в технологии и системах передачи и обработки информации" (Ленинград, 1984 год), VI Всесоюзной конференции по нерезонансному взаимодействию оптического излучения с веществом (Вильнюс, 1984 год), Всесоюзном научно-техническом семинаре "Лазерная технология в при- боростроении" (Рига, 19-21 ноября 1985 года), III Всесесоюзной конференции "Применение лазеров в технологии и системах передачи и обработки информации" (Таллинн, 1987 год), VI Научно-технической конференции по кварцевому стеклу (Ленинград, 1987 год), VII Всесоюзной конференции по взаимодействию оптического излучения с веществом (Ленинград, 1988 год), III Национальной конференции с международным участием "Лазеры и их применение" (Пловдив, 1988 год), Республиканской научной конференции "Лазерная технология-89" (Вильнюс, 23-26 октября 1989 года), XV International Congress on Glass (Leningrad 1989), Всесоюзной конференции по взаимодействию оптического излучения с веществом (Ленинград, 1990 год), "Laser Radiation

Photophysics", Symposium SPIE (San Diego, USA 1993), "Miniature and Microoptics", Symposium SPIE (San Diego, USA, 1993), "Sol-Gel Optics III", Symposium SPIE (San Diego, USA, 1994), "LIC-Russia-94" (Москва, 1994год), "Miniaturized Systems with Microoptics and Micromechanics", Symposium SPIE (San Diego, USA, 1994), "Biomedical Fiber Optics", Symposium SPIE (San Diego, USA, 1994), "Industrial Lasers and Laser Applications '95" (Московская область, г. Шатура, 1995 год), "Laser in Research and Engineering", International Congress "Laser-95" (Munchen, Germany, 1995), "Оптика, Стекло, Лазеры" (Санкт-Петербург, 1995 год), "Miniaturized Systems with Micro-Optics and Micromechanics", "Photonics West-96", Symposium SPIE (San Jose, USA, 1996), "Lasers as Tools for Manufacturing II", "Photonics West-96", Symposium SPIE (San Jose, USA, 1996), "Laser Applications in Microelectronic and Optoelectronic Manufacturing", "Photonics West-96", Symposium SPIE (San Jose, USA, 1996), "Laser Applications Engineering (LAE-96)" (Санкт-Петербург, 1996 год), "LIC-Russia-97" (Москва, 1997 год), "Miniaturized Systems with Micro-Optics and Micromechanics II", "Photonics West-97", Symposium SPIE (San Jose, USA, 1997).

Установка " Лазерограф" и новые оптические элементы демонстрировались на выставках-конференциях: III Национальной конференции с международным участием "Лазеры и их применение" (Пловдив, 1988 год), "LIC-Russia-94" (Москва, март 1994года), "Оптика, Стекло, Лазеры" (Санкт-Петербург, ноябрь 1995 года), "Laser-95" (Мюнхен, июнь 1995), "LIC-Russia-97" (Москва, март 1997 года).

Основные научные положения, выносимые на защиту.

1. Лазерное воздействие может быть применено для управляемого локального изменения профиля поверхности и/или оптических свойств стекол и стеклообразных материалов.

Выявлены, систематизированы и исследованы основные физические процессы, протекающие в стеклах и стеклообразных материалах при лазерном тепловом воздействии. Показано, что, управляя этими процессами, можно получить заданное изменение профиля поверхности и/или оптических свойств стекол и стеклообразных материалов, то есть можно изготовить оптические элементы малого размера.

2. Существуют режимы лазерной обработки стекол и стеклообразных материалов, обеспечивающие протекание процессов изменения их оптических свойств и/или профиля поверхности, при уровне термонапряжений, не приводящих к разрушению материала.

Проведена классификация режимов лазерной обработки стекол и стеклообразных материалов по уровню возникающих в них термонапряжений. Выделены режимы мягкого лазерного нагревания, жесткого нагревания и испарения. Для лазерного изготовления оптических элементов рекомендованы режимы мягкого нагревания и испарения, обеспечивающие долговременную стабильность и механическую прочность формируемых микрооптических элементов.

3. Модель жидкости и аморфных тел - "жидкость - деформированный вакансиями кристалл" (ЖДВК), основанная на вероятностном учете взаимодействия вакансий позволяет применять для анализа свойств жидкости и аморфных тел хорошо разработанные методы описания кристаллов.

Использование модели ЖДВК позволило описать возникновение текучести при плавлении, определить условия перегрева твердых тел выше температуры плавления и критическую скорость охлаждения при аморфизации из расплава в зависимости от скорости его нагревания, получить критерий склонности материалов к аморфизации, основанный на величине коэффициента диффузии вакансий и описать фазовый структурный переход в аморфных телах, температура которого зависит от скорости и направления ее изменения.

4. Режим лазерного управляемого испарения может быть использован для изготовления оптических элементов с асферическими поверхностями.

Лазерным испарением материала может быть получен заданный профиль поверхности при соответствующем законе управления сканированием пучка. Для достижения оптического качества поверхности при лазерной обработке стекла испарением обоснован, разработан и использован метод лазерной полировки.

5. В режиме мягкого лазерного нагревания формирование оптических элементов происходит за счет модификации структуры материала, закалки высокотемпературных состояний и вязкого течения стекла ж стеклообразных материалов.

Показано, что при мягком лазерном нагревании стекол и стеклообразных материалов,в зависимости от достигаемых температур, возможны различные режимы изготовления оптических элементов: режим модификации структуры и закалки высокотемпературных состояний, переходный режим, где наряду с модификацией структуры начинают играть заметную роль в формировании элемента процессы вязкого течения, и режим, при котором основным механизмом образования оптического элемента является формирование поверхности за счет вязкого течетія.

6. Результаты комплексных исследований процесса изготовления оптических элементов путем лазерного локального спекания пористого стекла с учетом влияния свойств пористых стекол и режимов лазерной обработки на оптические свойства элементов.

С использованием разработанной методики и аппаратуры для измерения локального показателя преломления пластин пористого стекла выяснено, что основное влияние на разброс параметров оптических элементов оказывает оптическая неоднородность пластин пористого стекла. Оптическая неоднородность по шющади пластин при оптимальных режимах химической обработки может быть уменьшена за счет повышения точности изготовления заготовок. Присущая пористому стеклу неоднородность оптических свойств по толщине пластин треруёт для увеличения воспроизводимости параметров оптических элементов стабилизации глубины спекания, что осуществлено путем введения обратной связи по оптическим параметрам изготавливаемого элемента.

7. Новый класс лазерного оборудования, предназначенного для изготовления оптических элементов.

Основными особенностями разработанного лазерного оборудования являются: управление эффективным распределением лазерного излучения в области обработки и обратные связи по оптическим параметрам изготавливаемого элемента. Эффективность оборудования проверена при разработке технологий изготовления микрооптических элементов различного назначения.

Совокупность приведенных выше научных положений и результатов позволяет считать, что созданы физические и технические основы нового научного направления - лазерных технологий изготовления оптических элементов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав и заключения. Материалы изложены на 265 страницах, включая 80 рисунков, 10 таблиц, список литературы из 123 наименований на 13 страницах.

Основные результаты дисшртщщоттойг работы сводятся к следующему.

1. Впервые введена классификация режимов лазерной обработки стекол и стеклообразных материалов по уровню возникающих в них напряжений. Получены критерии лазерной обработки стекол и стеклообразных материалов сканирующим непрерывным излучением без разрушения напряжениями, позволяющие определить диапазон режимов лазерной обработки.

2. На основе комплексных исследований режимов изготовления оптических элементов лазерным испарением стекол определены основные технологические параметры, определяющие свойства и качество оптических элементов: соотношение плотности мощности лазерного излучения и скорости сканирования, диапазон скоростей сканирования, законы сканирования. Предложены оптимальные формы заготовок для изготовления оптических элементов и схемы обработки для получения оптических элементов различного назначения.

3. Разработаны технологии изготовления оптических элементов типа цилиндрических линз с различными профилями поверхности, растров из цилиндрических линз для формирования равномерного распределения излучения и другие.

4. Изучены оптические свойства пластин пористого стекла и определена их связь с режимами изготовления пористых стекол. Проведена оптимизация режимов изготовления пористых стекол для повышения их оптической однородности. к Н;>. основе ментальных и теоретических нсс/идоваиий йьь

ГТІГ-. ТТППЯЛ/ГО^ПОР. ГГЯ~ОН-ТОЙ О^П-ЯпТ-'-Я- ^ ''гГ-":-ГГ':тГтГ:- П'" "777 Г!-. ' * . .¡'.Р. 1 ." < ' . " '

Ь/ІІ-ЇІІ і & і і. І 5 и ^ ттескнх злементов, С,- использованием ноимнентних резулт/ватов разработаны технологии изготовления микролинз с апертурой до 0,о, растров МИКрОЛИН'3 для формирования излучения.

О. ІРг'У .1! МООВ ь; О ¡."Ид ч^Ш'ИН ИГО >ДЄ*'лО >И МО/ ННІН:; О НПО И '"ТНуИТурЫ ОТОкол при лазерном локальном наі'ревании показа,ни, ато свойства оптических элементов огтрелштчются в основном изменением гюо<Ьиля поверхности области обработки за, счет- закалки вьіеонотемпорворфитзн состояний с меньшей плотностью, либо оа счет формирования «рофк-ля ттовошттости онтичесхово элемента течением па: г г - 1 -под действием разливных оиви управляя которыми, мо:ноо. у і: рзннивп профилем поверхности оптического элемента, то есть - его свойства' 'Г'-' ■ * г 1 ґ 1 * 1 -1 Г ' ? ч 'Ч • ■. ■ Г'

КЫМ При ,« иі « і„і і и « ч » V > V * ЧЬлід ч>

В ВЗНАНОЇ? НО.

Г ^ — ^ ? f г" ^ г • I г' ' /4 > не щюиееі и анализ изменения свойств стекла ігри раз,анн.пі.«л. р^жгіт«/. нагревания. .В процессе разработки этой модеми рег-ег!^ • о -задачи:

Предложена терм:одина ми веская модель вакниоиошимо шигвоивавв,. пр'Оретавяиювіая собой модифицированную модель ваиансионново плавления 51.И. Френкеля. Сформулирована модель структуры жидкости . * жидкость - деформированный вакансиями пристали'' ( м а

ВКф которая позволяет использовать для описания свойств жидиооти ме га,нъм.и иавоаботаину к> теооню .«срмсталтив.

На ( о ¡л і ,, » . . »отрены с <""«»'.*'" Vм- "^'"".у,-,- -^

- впервые предложена физическая модель возникновения текучести жидлости мри плавлен,ии;

ГП /.I " . : : :>! ^ Чуьчг/К -./ у!.-У ': > .Г* у. ; ■/1К . 1 ! ел, . .'.Г.' ; ' --Г1 г < ' Г Г ^ ^'Г ' : Л " л : ; ! ; с.во!' ""ж^!«-!^))' •> • ~ •> > (• п / т

Л А . ^ , , /

КОГДт» И < 114 1 !СС(И[4 [ г. < П Н |\| ) » Ч 1 Н I \ 11 С » 1 1 О яммя критическая скорость охлаждения может ут-еличитъ-ся;

- созданы физические модели протекания структурных фазовых переходов .в ^к'тддк'ослят и аморфных течах. впервые показано. ггри нагревании и охлаждении температура фазового перехода, может зависеть от скорости изменения температуры:

- определен КРТ'Г" Л г -.гг— > п ^ Г-, г-, температуры плавления, показано, что скорость продвижении фрсптп плавлена> ('!»•"■ ч " м»> 'и'л-ч./», » дщ.,*»./ ^ < , ' ч

8 ' Ьл » т " * •*"/- ' " " * . -

1 ■ , .

ТвХНОЛОГИЧ.ОСКТК) уСХаНОИК у ДЛЛ ЛаЗврКОГО ИЗГОТОВЛОХПаЯ ОП'.ГЬ ЧСсКл-л. элементов,

В процессе разработки установки решены следующие технр'^ехх^ задачи; р Предложен способ оперативного управления ' плотности мощности лазерного излучения в области о(п г , ве угцжвления МГНОВЕННОЙ СКОРОСТЬЮ перемещения со ' 1« ' «* ' ММ лазерного излучения. Для реализации способа разработано дду-тко-ордшлахное скаш&р.у Юлцое „>■ стройехьо и пакет приклад и просо ¿ык® для управления им. На способ управления растр^еделен^ем плотности

1 - " ^ V \ 'С < -1 > ! |[ ! I ' 1 к !/ > «Х'))«"- 1 • ■ ") . „' '

1«о зол.йа.сСдЬ.ЛлхД срурассея^лия я ¿¿о ве?жио<:тм изготавливаемого оптического элемента.

1 ' ■ " т і " її • ' Тг ' И » • Ї И 1 * » / 13 > Л- г , 5 ^ ^ * лл « ^ , л и I < остаялсішьіе Ж решенные < г у> >*»■»• тт* 1 ІГ .(^ггог» - ^ г » ' - ' г- ^ в Л, / | итветы на которые позволил с > пі ч > і і ни1 ^ » > ' вого иаучуіого направления -—- лазерных технологий изготойлєіїйя оптических элементов, иовокут'а-юстъ результатов я аыаодо^, ¿¿случеі-іі:-^. в .диссертационной работе, открывают новые возможности для проск-т^рсваклл, разр'х6отг:л и бзготозлєнїїя спткчосггкх систем преобрази ссШіія,, передачи й <їлор'мй'роьания изл.у чешш самої'и р&здшчиого «¿к'> ченяя.,

Заключение