專利名稱：形成光學(xué)器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)器件的形成，例如通過(guò)向表面施加激光束來(lái)該改變?cè)摫砻娴墓鈱W(xué)特性而形成光學(xué)器件。
背景技術(shù)：
已知有許多不同的在表面上制作光學(xué)器件的技術(shù)。例如，有各種公知的制作計(jì)量標(biāo)尺(例如相位標(biāo)尺或幅度標(biāo)尺)的技術(shù)。幅度標(biāo)尺通常包括一表面，該表面包括一些特征，這些特征確定在操作中由讀取頭從標(biāo)尺接收的光的幅度。例如，反射式幅度標(biāo)尺可以包括在表面上的精確確定的位置處形成的一系列反射式和非反射式線條。當(dāng)讀取頭在該表面之上移動(dòng)時(shí)，該讀取頭能夠基于反射式線條和非反射式線條的位置和數(shù)量來(lái)精確地確定其位置。一般來(lái)說(shuō)，雖然反射式線條和非反射式線條在表面上的橫向位置必須被精確地確定，但是反射式線條和非反射式線條在該表面上面的豎直輪廓對(duì)于幅度標(biāo)尺器件來(lái)說(shuō)是第二重要的?？梢允褂酶鞣N技術(shù)來(lái)制作幅度標(biāo)尺器件。相位標(biāo)尺具有分布在表面之上的一系列標(biāo)記，各標(biāo)記都具有精確確定的高度，并且被形成為在各標(biāo)記之間具有精確確定深度的井(well)。在操作時(shí)，由讀取頭施加的光既從各標(biāo)記的頂部反射又從標(biāo)記之間的井反射，并且該讀取頭能夠利用已知技術(shù)檢測(cè)到所反射的光的建設(shè)性干涉或破壞性干涉。典型地，形成標(biāo)記是為了在表面上提供矩形波狀結(jié)構(gòu)，并且標(biāo)記之間的井的深度通常等于由讀取頭施加的光的波長(zhǎng)的一半。標(biāo)記的高度的變化、或井的深度的變化、或表面上存在顯著粗糙度都會(huì)導(dǎo)致可通過(guò)相位標(biāo)尺上的讀取頭測(cè)量獲得的信噪比顯著惡化。因此，相位標(biāo)尺通常利用光刻技術(shù)形成，光刻技術(shù)盡管耗時(shí)但是能夠提供具有足夠分辨率的表面特征。已經(jīng)建議使用激光燒蝕技術(shù)從表面去除相當(dāng)?shù)牟牧狭縼?lái)形成相位標(biāo)尺特征。然而，這種激光燒蝕技術(shù)會(huì)導(dǎo)致井具有粗糙表面，從而影響它們的反射性并增加信噪比。而且，如果將相當(dāng)?shù)牟牧狭繌谋砻鏌g掉，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)一些材料會(huì)沉積在表面上的其他地方，因而干涉相位標(biāo)尺的操作。在以本申請(qǐng)人的名義的W02006/120440中已經(jīng)描述了一種形成相位標(biāo)尺器件的另選方法。根據(jù)該方法，向標(biāo)尺基板施加適當(dāng)強(qiáng)度的激光束，導(dǎo)致基板材料軟化并從激光束的焦點(diǎn)移開，而不大量去除材料。激光束的作用不會(huì)使反射性下降，且標(biāo)尺上的每個(gè)點(diǎn)都保持反射性而不會(huì)顯著粗糙化。在整個(gè)基板上將光束反復(fù)施加不同位置以構(gòu)造具有期望輪廓的相位標(biāo)尺器件。所得到的輪廓具有標(biāo)記和帶有圓化邊緣的井，但是發(fā)現(xiàn)雖然具有這種圓化而不是方波形的輪廓，所得到的器件仍然可以令人滿意地作為相位標(biāo)尺器件發(fā)揮作用。在WO 2006/120440中描述的工藝可能比光刻技術(shù)更快速高效，并且實(shí)現(xiàn)起來(lái)更便宜。在S F Rastopov 和 A T Sukhodol，skii (1987Sov.J.量子電子，第 17 卷 1091 頁(yè))中描述了向表面施加激光束移除材料以形成具有期望輪廓的光學(xué)器件。該文獻(xiàn)中描述的方法用來(lái)形成衍射光柵。在表面上提供二元液體溶液的薄液體層，并且施加激光輻射，激光輻射致使揮發(fā)物從被局部加熱驅(qū)動(dòng)的溶液局部汽化，這又導(dǎo)致質(zhì)量轉(zhuǎn)移，而質(zhì)量轉(zhuǎn)移導(dǎo)致形成材料的表面輪廓。激光輻射被反復(fù)施加以構(gòu)造形成衍射光柵結(jié)構(gòu)的期望輪廓。質(zhì)量轉(zhuǎn)移歸因于馬蘭哥尼效應(yīng)(Marangoni effect，還被不同地稱為吉布斯-馬蘭哥尼效應(yīng)、馬蘭哥尼對(duì)流和熱毛細(xì)管對(duì)流)，馬蘭哥尼效應(yīng)是一種物理現(xiàn)象，其中兩種流體之間的界面處的表面張力梯度導(dǎo)致質(zhì)量轉(zhuǎn)移。US 5，907，144描述了利用通過(guò)向磁盤的邊緣上的金屬表面施加脈沖激光束導(dǎo)致的熱毛細(xì)管或表面張力來(lái)致使金屬?gòu)谋惠椛鋮^(qū)域流走。激光束被施加至不同位置以形成包括條形碼結(jié)構(gòu)的彎曲反射器。焊接文獻(xiàn)描述了用于操縱工件輪廓的方法，包括通過(guò)在受控條件下適當(dāng)施加激光輻射而致使對(duì)材料進(jìn)行雕刻。從焊接文獻(xiàn)可知，通過(guò)改變金屬的氧含量或硫含量可以改變或逆轉(zhuǎn)液體金屬的表面張力梯度。還已知在激光處理過(guò)程中使用C02輔助氣體，這能夠改變金屬的氧含量。然而，焊接文獻(xiàn)通常涉及的是形成大尺度機(jī)械結(jié)合或結(jié)構(gòu)而不是形成光學(xué)器件。在許多情況下，在焊接情況下表面張力作用都是不期望的。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的第一獨(dú)立方面中，提供了一種形成光學(xué)器件的方法，該方法包括:向表面的目標(biāo)區(qū)域施加激光束，從而選擇性地加熱所述表面的材料，以由此由于表面張力梯度而提供材料轉(zhuǎn)移，其中所述表面是這樣的，即在液態(tài)時(shí)，所述表面的較低溫度的部分具有比相鄰的所述表面的較高溫度的部分低的表面張力。因而，由于表面張力梯度引起的材料轉(zhuǎn)移可以包括材料轉(zhuǎn)移至所述目標(biāo)區(qū)域，例如從所述目標(biāo)區(qū)域的較低溫度部分轉(zhuǎn)移至所述目標(biāo)區(qū)域的較高溫度部分。通過(guò)提供通常表面張力梯度的這種逆轉(zhuǎn)，利用激光輻射引起的表面張力驅(qū)動(dòng)的材料轉(zhuǎn)移可獲得更多種表面特征。當(dāng)激光束具有基本不會(huì)導(dǎo)致任何材料移除的強(qiáng)度時(shí)利用表面張力驅(qū)動(dòng)的材料轉(zhuǎn)移獲得更多種表面特征可能是特別有用的。使用這種強(qiáng)度的激光束能夠有助于提供具有期望光學(xué)特性的表面，例如維持或提高表面的反射性和避免表面的顯著粗糙化，當(dāng)形成光學(xué)器件時(shí)這是比較重要的。所述激光束可以使得表面材料熔化。該方法可以包括使用所述激光束在所述目標(biāo)區(qū)域處或附近熔化表面材料，獲得材料轉(zhuǎn)移以形成期望表面輪廓，并且允許所述目標(biāo)區(qū)域處或附近的表面材料再次固化。所述激光束可以包括脈沖或一系列脈沖。當(dāng)在所述表面中基本不去除材料地形成亞光學(xué)波長(zhǎng)標(biāo)尺特征時(shí)所述方法可能是特別有用的。所述方法可以包括控制所述表面處的氣氛，從而使得所述表面是這樣的，即在液態(tài)時(shí)，所述表面的較低溫度的部分具有比相鄰的所述表面的較高溫度的部分低的表面張力。在本發(fā)明的另一個(gè)獨(dú)立方面中，提供了一種形成光學(xué)器件的方法，該方法包括:控制所述表面處的氣氛，并向該表面的目標(biāo)區(qū)域施加激光束，從而選擇性地加熱該表面的材料，以由于表面張力梯度提供材料轉(zhuǎn)移。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，控制所述表面處的氣氛能夠提供使表面張力梯度逆轉(zhuǎn)的特別有用方式。控制所述表面處的氣氛可以包括控制所述氣氛的組成，例如控制所述氣氛中的一種或更多種組分氣體的量。另選地或附加地，該方法可以包括控制所述表面處的氣氛壓力和/或控制所述一種或更多種組成氣體的相對(duì)壓力。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，化學(xué)反應(yīng)、化學(xué)遷移、擴(kuò)散和汽化可以在表面張力和溫度之間的關(guān)系中起到顯著作用。因而，在所述表面處提供適當(dāng)氣體用來(lái)與所述材料的被加熱區(qū)域發(fā)生反應(yīng)可以得到與不存在這種氣體時(shí)所述材料被選擇性地加熱時(shí)形成的表面張力梯度不同的表面張力梯度。在一種布置中，控制所述氣氛可以包括在所述表面處提供富含引起氧化、磷汽化、碳化物形成和/或鉻遷移的氣體的氣氛?？刂扑鰵夥湛梢园ㄔ谒霰砻嫣幪峁└缓嵌栊詺怏w(諸如包括氧和/或碳的氣體)的氣氛。例如，控制所述氣氛可以包括提供富含二氧化碳和/或一氧化碳的氣氛。另選地，控制所述氣氛可以包括在所述表面處提供還原氣氛，例如富含氮或氫的氣氛。所述氣氛的控制可以包括在向所述表面施加所述激光束的過(guò)程中在所述表面處提供富含CO2或CO的氣氛。富含CO2的氣氛可以是這樣的氣氛，其中CO2的量大于空氣中天然存在的量，優(yōu)選比標(biāo)準(zhǔn)大氣溫度和壓力下(或者對(duì)于另一種氣體(例如氬氣)中的該氣體量來(lái)說(shuō)類似的局部壓力下或真空)的氣氛中的濃度大5%，最優(yōu)選大于10%。在所述表面處提供富含CO2氣氛能夠提供一種提供期望表面張力梯度的特別方便方式。另選地或附加地，所述方法可以包括在所述表面處提供富含氧的氣氛或富含硫的氣氛，例如富含H2S或富含SO2的氣氛，富含氮的氣氛或/和富含氫的氣氛。所述方法可以包括提供包含材料的表面，該材料具有這樣的組成，該組成使得:在液態(tài)時(shí)所述表面的較高溫度的部分具有比相鄰的所述表面的較低溫度的部分高的表面張力。該組成可以通過(guò)利用表面活性劑處理材料的表面來(lái)獲得，所述表面活性劑與所述材料發(fā)生反應(yīng)而產(chǎn)生一表面，該表面在液態(tài)時(shí)具有較高溫度的部分，該較高溫度的部分具有比相鄰的所述表面的較低溫度的部分高的表面張力。所述表面活性劑可以引起氧化、磷汽化、碳化物形成和/或鉻遷移。所述方法可以包括提供富含氧或硫的表面材料，該表面材料不必需要控制所述氣氛就可以提供期望的表面張力梯度。所述方法可以提供包括具有選定的氧或硫含量的材料的表面。來(lái)自周期表的第14、15和16族以及第2、3周期的元素被期望對(duì)表面張力和溫度之間的關(guān)系具有顯著作用，不過(guò)同一周期中的第13族元素也被期望是有效的。對(duì)于高周期金屬，諸如銀、鎢、鉬和金，可以使用高階非金屬。一些過(guò)度金屬和堿性稀土金屬也影響表面張力。在一個(gè)布置中，所述表面材料和/或表面活性劑包括選自鈣、硫、錳、硅、鈦、鋅、鋁、鎂、氮、氧和磷構(gòu)成的組的一種或更多種元素。所述方法可以包括控制所述激光束的至少一個(gè)參數(shù)以獲得所述或每個(gè)目標(biāo)區(qū)域的期望輪廓，以由此提供具有期望光學(xué)特征的光學(xué)器件。所述至少一個(gè)參數(shù)可以包括強(qiáng)度、波長(zhǎng)、脈沖長(zhǎng)度和脈沖重復(fù)時(shí)間中的至少一個(gè)。所述激光束可以在所述目標(biāo)區(qū)域的第一部分處比所述目標(biāo)區(qū)域的第二部分處具有更大的強(qiáng)度。所述激光束可以具有例如高斯強(qiáng)度輪廓。通過(guò)提供具有更大和更小強(qiáng)度的區(qū)域，可以獲得這些區(qū)域之間的表面張力驅(qū)動(dòng)的材料轉(zhuǎn)移。所述激光束可以具有高于閾值強(qiáng)度的強(qiáng)度，以由此與向所述目標(biāo)區(qū)域的所述第二部分的材料轉(zhuǎn)移相比減少向所述目標(biāo)區(qū)域的所述第一部分的材料轉(zhuǎn)移。通過(guò)提供這種高于閾值強(qiáng)度的強(qiáng)度，可以通過(guò)光束的作用抵抗表面張力驅(qū)動(dòng)的向較高溫度區(qū)域的材料轉(zhuǎn)移。這可以提供控制表面輪廓形狀的特別有用方式。所述激光束可以在所述目標(biāo)區(qū)域的所述第一部分處具有高于所述閾值強(qiáng)度的強(qiáng)度，而在所述目標(biāo)區(qū)域的所述第二部分處具有低于所述閾值強(qiáng)度的強(qiáng)度?？梢垣@得向所述目標(biāo)區(qū)域的不同部分的優(yōu)選材料轉(zhuǎn)移。通過(guò)所述光束的施加可以獲得雙峰部輪廓，這在形成復(fù)合結(jié)構(gòu)時(shí)可以是有用的分量。所述閾值強(qiáng)度可以是這樣的強(qiáng)度，在該強(qiáng)度時(shí)，激光輻射提供顯著的燒蝕壓力和/或從表面的材料汽化獲得顯著蒸氣壓力。所述閾值強(qiáng)度可以是最小強(qiáng)度，對(duì)于該最小強(qiáng)度來(lái)說(shuō)，激光輻射用以抵抗由于表面張力梯度引起的材料轉(zhuǎn)移。該方法可以包括向所述目標(biāo)區(qū)域既施加所述激光束又施加另一個(gè)激光束，其中所述激光束具有高于所述閾值強(qiáng)度的強(qiáng)度，并且所述另一個(gè)激光束具有低于所述閾值強(qiáng)度的最大強(qiáng)度。該方法可以包括:向所述目標(biāo)區(qū)域施加所述激光束和所述另一個(gè)激光束中的一個(gè)；使得所述目標(biāo)區(qū)域處的所述表面至少局部固化；以及向所述目標(biāo)區(qū)域施加所述激光束和所述另一個(gè)激光束中的另一個(gè)。向所述目標(biāo)區(qū)域施加所述另一個(gè)激光束可以利用材料填充通過(guò)施加所述激光束形成的表面材料的輪廓的至少一部分，或反之亦然。所述激光束的施加可以形成雙峰部的表面材料輪廓，并且所述另一個(gè)激光束的施加可以隨后至少部分地填充所述雙峰部之間的井，或者所述另一個(gè)激光束的施加可以形成單個(gè)峰部的表面材料輪廓，并且所述激光束的施加可以隨后至少部分加寬該單個(gè)峰部。所述激光束和/或所述另一個(gè)激光束可以具有被控制成使得在所述目標(biāo)區(qū)域處產(chǎn)生具有基本平坦頂部的材料輪廓的參數(shù)。平坦頂部結(jié)構(gòu)對(duì)于形成相位標(biāo)尺或衍射光柵來(lái)說(shuō)可能是特別有用的?？梢詫?duì)所述參數(shù)進(jìn)行控制以形成基本正方形或矩形的結(jié)構(gòu)。所述方法可以包括向多個(gè)目標(biāo)區(qū)域施加所述激光束和/或所述另一個(gè)激光束，每個(gè)目標(biāo)區(qū)域都位于所述表面上的各自不同的位置，以由此橫跨所述表面構(gòu)建期望的材料輪廓。所述方法可以包括向所述多個(gè)目標(biāo)區(qū)域順序地施加所述激光束和/或所述另一個(gè)激光束，其中所述目標(biāo)區(qū)域的在所述表面上彼此空間相鄰的至少一些目標(biāo)區(qū)域在該順序中在時(shí)間上不相鄰。所述方法可以包括多次向所述目標(biāo)區(qū)域施加所述激光束和/或所述另一個(gè)激光束，以由此在該目標(biāo)區(qū)域處構(gòu)建期望的材料輪廓。所述方法可以包括改變所述金屬表面上方的氣體的組成，使得所述氣體的組成在向所述目標(biāo)區(qū)域施加所述激光束和/或所述另一個(gè)激光束的時(shí)間中的至少一些時(shí)間中與向所述目標(biāo)區(qū)域施加所述激光束和/或所述另一個(gè)激光束的時(shí)間中的至少一些其他時(shí)間中不同。
所述方法可以包括阻擋所述激光束和/或另一個(gè)激光束的外部部分到達(dá)所述表面。所述方法可以包括在向所述表面施加所述光束之前使所述光束經(jīng)過(guò)光束整形器。所述光束整形器可以被構(gòu)造成將功率從所述光束的較高強(qiáng)度部分重新分布到所述光束的較低強(qiáng)度部分。所述激光束和所述另一個(gè)激光束中的至少一個(gè)可以具有這樣的強(qiáng)度，該強(qiáng)度使得由于表面張力梯度而提供材料轉(zhuǎn)移，而基本上不會(huì)移除材料，例如基本上不會(huì)燒蝕材料。所述光學(xué)器件可以包括計(jì)量器件、相位標(biāo)尺、幅度標(biāo)尺和衍射光柵中的至少一個(gè)。在本發(fā)明的另一個(gè)獨(dú)立方面中，提供了一種用于形成光學(xué)器件的設(shè)備，該設(shè)備包括:用于向表面的目標(biāo)區(qū)域施加激光束的激光器；控制器，該控制器將所述激光束的至少一個(gè)參數(shù)的值控制成使得對(duì)所述表面的材料進(jìn)行選擇性加熱，以由此由于表面張力梯度而提供材料轉(zhuǎn)移，以便獲得所述目標(biāo)區(qū)域的具有期望光學(xué)特征的輪廓；以及用于控制所述表面處的氣氛使得所述表面在液態(tài)時(shí)所述表面的較高溫度的部分具有比相鄰的所述表面的較低溫度的部分高的表面張力的裝置。還可以提供一種基本如這里參照附圖描述的設(shè)備或方法。本發(fā)明的一個(gè)方面中的任一特征都可以以任何適當(dāng)組合的方式應(yīng)用于本發(fā)明的另一方面。例如，設(shè)備特征可以應(yīng)用于方法特征，反之亦然。


現(xiàn)在通過(guò)非限制性實(shí)施例描述本發(fā)明的實(shí)施方式，這些實(shí)施方式在如下附圖中示出，其中:圖1是用于形成根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的光學(xué)器件的設(shè)備的圖示；圖2和圖3是樣品表面的示意性圖示，示出了在向目標(biāo)區(qū)域施加激光束之后的表面輪廓；圖4是樣品表面的示意性圖示，示出了在向多個(gè)目標(biāo)區(qū)域施加激光束而形成期望器件輪廓之后的表面輪廓；圖5是樣品表面的不意性圖不,不出了在施加激光束之后的表面輪廓，該激光束的中央部分中的強(qiáng)度大于閾值，在該閾值以下形成中央峰部；圖6是另一個(gè)實(shí)施方式中的樣品表面的示意性圖示，示出了在向多個(gè)目標(biāo)區(qū)域施加激光束而形成期望器件輪廓之后的表面輪廓；圖7是樣品表面的示意性圖示，示出了在向目標(biāo)區(qū)域施加激光束之后的樣品表面；以及圖8是樣品表面的示意性圖示，示出了在向多個(gè)目標(biāo)區(qū)域施加激光束而形成具有平坦頂部區(qū)域的期望器件輪廓之后的表面輪廓。
具體實(shí)施例方式在圖1中不意性地不出了一個(gè)實(shí)施方式中的用于在表面上形成光學(xué)器件的設(shè)備。該設(shè)備包括控制單元2，例如適當(dāng)編程的PC或?qū)Ｓ每刂破?，該控制單?連接至激光器4并被構(gòu)造成控制激光器4的操作。圖1中所示的控制單元是包括瑞尼斯豪UUC和SPA2+定制界面卡的DQB-PS控制單元。圖1的設(shè)備的激光器4是355nm波長(zhǎng)的三倍頻Nd:YAG激光器，特別是JDSU調(diào)Q光波Q301-HD激光器，該激光器被控制成利用大約100 μ J至ImJ的脈沖能量操作，脈沖持續(xù)時(shí)間在微秒范圍內(nèi)。激光器4與包括柱面透鏡6的聚焦光學(xué)系統(tǒng)對(duì)準(zhǔn)，在操作中，該聚焦光學(xué)系統(tǒng)將激光器4產(chǎn)生的激光束聚焦在安裝在平臺(tái)10上的樣品8上。根據(jù)已知技術(shù)，可以在激光器4和樣品8之間包括其他光學(xué)部件以按照期望地對(duì)激光束進(jìn)行控制和聚焦。根據(jù)圖1的實(shí)施方式的一個(gè)操作模式，激光器4可以被控制成在樣品8的表面上產(chǎn)生呈現(xiàn)顯著細(xì)長(zhǎng)的高斯光斑形式的激光圖案，該高斯光斑是通過(guò)使來(lái)自激光器4的高質(zhì)量圓形高斯光束通過(guò)柱面透鏡6而在焦點(diǎn)處形成寬度大約為1.5mm長(zhǎng)為4 μ m的光斑。該光束可以包括脈沖或一系列脈沖。在該實(shí)施方式中設(shè)置阻擋件(未示出)以阻擋光束的外部部分。用于在其上安裝樣品的平臺(tái)10是連接至控制單元2的機(jī)動(dòng)化平臺(tái)。在這種情況下，該機(jī)動(dòng)化平臺(tái)是具有Elmo控制器的Danaher Dover光纖束精密運(yùn)動(dòng)線性馬達(dá)平臺(tái)?？刂茊卧?可操作成使機(jī)動(dòng)化平臺(tái)10相對(duì)于激光器4的任何期望位置移動(dòng)。通過(guò)控制平臺(tái)10的運(yùn)動(dòng)和通過(guò)控制激光器4的操作，控制單元2能夠在樣品8的表面上的一系列選定位置(也稱為目標(biāo)區(qū)域)施加具有選定特征的激光束，從而形成具有期望特性的光學(xué)器件?？刂茊卧?還連接至可控氣體源12，該氣體源12能夠輸出氣體以橫跨樣品8的表面流動(dòng)。在圖1的實(shí)施方式中，該氣體源12包括具有可控流量閥的CO2罐，在操作中該可控流量閥由控制單元2控制以橫跨樣品8的表面提供期望流量的CO2氣體。該CO2可以在預(yù)定區(qū)域施加或橫跨樣品總體施加。在另選的實(shí)施方式中，樣品被設(shè)置在封閉殼體內(nèi)，并設(shè)置傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)樣品8上方的氣體的組成，控制單元2根據(jù)來(lái)自傳感器的輸出控制氣體源12的操作以精確控制樣品上方的氣氛中的CO2的水平。圖1的實(shí)施方式的特征在于，通過(guò)提供鄰近樣品表面的富含CO2的氣氛，能夠改變由于施加激光束引起的材料從樣品8表面的運(yùn)動(dòng)。例如，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在CO2輔助氣體下利用低于特定閾值的激光能量脈沖處理金屬表面時(shí)，可以使表面材料集中在激光光斑的中央處。這在圖2中示意性地示出，該圖示出了在施加由激光器4產(chǎn)生的激光束之后樣品8的一部分。樣品8包括金屬層20，在該示例中是不銹鋼，例如馬氏體彈簧鋼(諸如SandvikChromflex 7C27Mo2 馬氏體不銹鋼(C:0.38%, Si:0.40 %, Mn:0.55 %, Cr: 13.5 %, Mo:
1.00% ))或冷軋鐵素奧氏體精密型316不銹鋼帶。在施加激光束之后，在激光束的附近的金屬層熔化，并且被拉向被激光束照射的目標(biāo)區(qū)域的中央。當(dāng)激光束切斷或移開時(shí)，金屬固化并形成具有如圖2中所示的峰部的輪廓。金屬基本上沒(méi)有被去除，并且峰部的材料從激光光斑中央兩側(cè)的低溫熔池吸取。注意到，該標(biāo)記的縱橫比出于清楚起見(jiàn)而被夸大。制造一個(gè)8μπι間距標(biāo)尺可能需要近似4 μ m長(zhǎng)度的中央峰部，并且適合于使用SOOnm照射波長(zhǎng)的相位標(biāo)尺的特征的高度將為200nm左右。圖2的輪廓在圖3中以更真實(shí)的縱橫比示出。應(yīng)該注意，圖3也是示意性的，并不是按照比例繪制的，但是對(duì)于所描述的實(shí)施方式來(lái)說(shuō)比圖2更真實(shí)地示出了間距與深度的比。鄰近金屬層20存在富含CO2的氣氛使得在激光光斑的中央處形成峰部而不是井。在存在正常氣氛組成而沒(méi)有富含CO2時(shí)，圖2和圖3的樣品的金屬?gòu)募す夤獍叩闹醒肓髯?，并且施加功率低于燒蝕閾值的激光束導(dǎo)致形成井而不是峰部，基本上仍然沒(méi)有去除材料。對(duì)樣品層鄰近的氣體組成進(jìn)行控制提供另外的控制參數(shù)，所述另外的控制參數(shù)能夠在所施加的激光輻射的作用下顯著地改變樣品層材料的流動(dòng)行為，并且能夠如以下將更詳細(xì)地描述那樣提供改進(jìn)的光學(xué)器件形成控制。在一個(gè)實(shí)施方式中，圖2和圖3中所示的一系列輪廓(還被稱為標(biāo)記)通過(guò)在不同的選定目標(biāo)區(qū)域處反復(fù)施加激光束而彼此鄰近地形成。不必順次地制作相鄰的標(biāo)記，制作一標(biāo)記之后制作非相鄰標(biāo)記并且稍后返回來(lái)制作相鄰標(biāo)記在熱量方面可能是有利的。例如，可以制作標(biāo)記，然后稍后對(duì)標(biāo)記之間的間隙進(jìn)行填充。該方法防止局部熱積累使標(biāo)記的形式或標(biāo)尺的精度扭曲。例如，能夠確保原始制作的標(biāo)記的材料在制作相鄰標(biāo)記之前完全固化，因而能夠避免原始標(biāo)記的不需要的附加流動(dòng)。通過(guò)適當(dāng)?shù)乜刂萍す馐瓦x擇目標(biāo)區(qū)域，能夠制作正確尺寸和產(chǎn)生期望重疊程度的間隔的標(biāo)記，以便提供具有期望輪廓的光學(xué)器件，這又提供了期望的光學(xué)特征。例如，可以針對(duì)光束的最佳聚焦，與正被標(biāo)記的表面位置一起控制脈沖能量和持續(xù)時(shí)間，制作在高度、寬度和長(zhǎng)度方面具有正確尺寸的圖案。在一些實(shí)施方式中，使用多個(gè)低能量脈沖來(lái)產(chǎn)生材料輪廓的小變化，這些小變化共同制作所需要的標(biāo)記。這具有的優(yōu)點(diǎn)是，能夠?qū)Ρ砻嫘问竭M(jìn)行更精細(xì)程度的控制，使用統(tǒng)計(jì)平均化減輕激光脈沖之間的變化的作用，并且對(duì)正被標(biāo)記的表面具有拋光作用，從而進(jìn)一步提高反射性，并因而提高標(biāo)尺性能或其他光學(xué)性能。在一些實(shí)施方式中，使用高達(dá)60個(gè)脈沖來(lái)構(gòu)建單個(gè)標(biāo)記。圖4示出了已經(jīng)在暴露于激光束能量脈沖的材料表面中形成的器件，該器件具有與正弦波緊密近似的表面層24。而且，該標(biāo)記的縱橫比為了清楚起見(jiàn)被夸大。圖2至圖4的標(biāo)記以側(cè)視圖示出，應(yīng)認(rèn)識(shí)到它們還具有寬度(在這些圖的情況下，該尺寸延伸到頁(yè)面內(nèi))。圖4所示的標(biāo)記的組合具有I至5mm左后的寬度，并且在相位標(biāo)尺的情況下通?？梢栽陂L(zhǎng)度(該尺寸橫跨頁(yè)面寬度)上從IOmm—直延伸到許多米。高斯激光束光斑的長(zhǎng)軸可能具有在其端部產(chǎn)生較淺標(biāo)記的有害副作用。然而，如果使用具有長(zhǎng)軸上的高斯輪廓的光束執(zhí)行多次經(jīng)過(guò)，則使用相鄰步驟之間的重疊來(lái)增加遠(yuǎn)離光束中央的標(biāo)記的深度。在一些實(shí)施方式中，包括圖1的實(shí)施方式，由光束的末端部分產(chǎn)生的較淺標(biāo)記的作用通過(guò)使用阻擋件阻擋光束的末端部分到達(dá)正被標(biāo)記的表面而得以避免或減輕，這具有的優(yōu)點(diǎn)是，可制作在它們的整個(gè)寬度上都可以使用用的標(biāo)記。然而，阻擋件的使用減小了每次激光束經(jīng)過(guò)時(shí)產(chǎn)生的標(biāo)記的寬度，而且在一些實(shí)施方式中，通過(guò)使激光光斑相對(duì)于表面的位置沿著寬度尺寸在每次經(jīng)過(guò)之間步進(jìn)來(lái)使用在正被標(biāo)記的表上的多次經(jīng)過(guò)。這能夠制作更容易安裝和對(duì)齊的更寬的標(biāo)尺或其他光學(xué)器件。如果有足夠功率可用，則可以進(jìn)一步延伸橫截面光束輪廓的細(xì)長(zhǎng)軸線，然后在每個(gè)端部使用阻擋件來(lái)阻擋光束的末端部分到達(dá)正被標(biāo)記的表面?？蛇x阻擋件和沿著標(biāo)尺寬度的重疊經(jīng)過(guò)的組合可以用來(lái)制作實(shí)際上沒(méi)有限制寬度的圖案，并且到其邊緣都是可用的。在一個(gè)另選實(shí)施方式中，使激光束經(jīng)過(guò)光束整形器，該光束整形器將光束在細(xì)長(zhǎng)軸線上的高斯形式轉(zhuǎn)變成平坦頂部輪廓。該光束整形器可采取折射光束整形器(例如由Molecular Technology GmbH供應(yīng)的π整形器)的形式。該裝置將來(lái)自光束中央的功率重新分布到其邊緣，但是僅僅沿著光斑的延伸軸線。這具有如下優(yōu)點(diǎn):即沿著標(biāo)記的整個(gè)寬度制作期望的標(biāo)記形式，而不需要在使用阻擋件阻擋光束的長(zhǎng)軸的兩端時(shí)需要的相當(dāng)附加激光功率。將理解的是，在另外的另選實(shí)施方式中還可以使用沿著標(biāo)記寬度產(chǎn)生更均應(yīng)分布的光束的其他已知裝置。圖4中所示的標(biāo)記圖案是在富含CO2的氣氛下制作的，這導(dǎo)致在激光束的中央處形成材料的峰部而不是井。發(fā)明人將這種流動(dòng)行為變化歸因于由于富含CO2氣氛的存在而引起的表面張力梯度與溫度的逆轉(zhuǎn)，這種逆轉(zhuǎn)致使材料從較低溫區(qū)域流動(dòng)到較高溫區(qū)域(與在正常CO2水平下施加激光束時(shí)發(fā)生的從較高溫度區(qū)域流動(dòng)到較低溫度區(qū)域相反)。通過(guò)在正常CO2水平下施加激光束也可以制作與圖4所示的標(biāo)記類似的標(biāo)記圖案，其中通過(guò)在激光束光斑的中央處形成一系列井而不是通過(guò)形成一系列峰部來(lái)構(gòu)建圖案。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在逆轉(zhuǎn)的表面張力條件下(例如在富含CO2的氣氛下)可以形成在其他情況下無(wú)法獲得或在其他情況下只有更加難或更多時(shí)間才能獲得的標(biāo)記或標(biāo)記圖案。例如，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在富含CO2氣氛下超過(guò)一定激光束強(qiáng)度時(shí)，通過(guò)該激光束制作的標(biāo)記可以采取圖5示意性所示的形式。發(fā)明人認(rèn)為，該標(biāo)記是通過(guò)利用溫度的表面張力梯度(與富含CO2的氣氛相關(guān)聯(lián))形成的，這些表面張力梯度導(dǎo)致材料從較低溫度區(qū)域流向較高溫度區(qū)域，并且可能導(dǎo)致朝向融溶物末端遇到的流動(dòng)逆轉(zhuǎn)。在圖5的情況下，強(qiáng)度仍然足夠低，使得發(fā)生少許材料燒蝕(如果有的話)，并且該表面沒(méi)有被顯著粗糙化。閾值強(qiáng)度可以是閾值平行功率，例如維持閾值時(shí)間段的閾值平均功率。在圖5的情況下，對(duì)于一系列10個(gè)脈沖，獲得了每個(gè)脈沖500 μ J的閾值強(qiáng)度。實(shí)際上，可以使用強(qiáng)度高于該閾值的激光束來(lái)形成標(biāo)記，例如，在圖5的情況下，使用一系列10脈沖，每個(gè)脈沖600 μ J。將理解的是，可以針對(duì)不同材料和條件通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定閾值強(qiáng)度。在鉻柔性鋼(Chromeflex)的另一個(gè)樣品的情況下,發(fā)現(xiàn)對(duì)于在4mmX 4 μ m的面積上聚焦的大約400 μ J的能量脈沖來(lái)說(shuō)，發(fā)生了從單獨(dú)表面張力作用到壓力和表面張力作用的組合的轉(zhuǎn)變。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)單一施加必要閾值以上的激光束來(lái)制作形狀類似于圖5中所示的標(biāo)記而形成的標(biāo)記(沿著紙面方向)的長(zhǎng)度比在相同條件下通過(guò)單一施加強(qiáng)度低于該閾值(例如如圖2中所示)的激光束制作的對(duì)應(yīng)標(biāo)記大20%到50%之間。然而，通過(guò)強(qiáng)度高于閾值的激光束制作的標(biāo)記具有兩個(gè)峰部而不是單個(gè)峰部，因而，在富含CO2的氣氛中使用強(qiáng)度高于閾值的激光束能夠制作具有更緊密地間隔開的圖案，盡管通過(guò)單一施加激光束制作的單獨(dú)標(biāo)記的尺寸更大。通常將強(qiáng)度維持在低于另一個(gè)閾值強(qiáng)度，例如超過(guò)該另一個(gè)閾值強(qiáng)度時(shí)，燒蝕作用將超過(guò)表面張力作用。在一些實(shí)施方式中，將激光束的強(qiáng)度控制成接近下閾值，使得兩個(gè)峰值之間的井的深度可忽略不計(jì)，因而實(shí)際上形成單個(gè)的更寬峰部。在另一個(gè)實(shí)施方式中，通過(guò)在富含CO2的氣氛中施加強(qiáng)度高于閾值的激光束制作位于表面上的不同目標(biāo)區(qū)域處的一系列標(biāo)記，所得到的圖案在圖6中示意性地示出。每個(gè)標(biāo)記都與相鄰的標(biāo)記融合，以形成類似正弦曲線的連續(xù)圖案。在這種情況下，通過(guò)施加激光束制作的每個(gè)標(biāo)記都形成兩個(gè)峰部。由于每個(gè)標(biāo)記僅長(zhǎng)出20%至50%，但是包括兩個(gè)峰部而不是單個(gè)峰部，因此與使用低于該閾值的激光束制作的標(biāo)尺的間距相比這種標(biāo)尺的間距明顯更短(在60%和75%之間)。因而，在圖6中，與相同長(zhǎng)度中的24個(gè)峰部(如圖4所示，圖4使用強(qiáng)度低于閾值的激光束制作，其中形成了雙峰部)相比，這里是42個(gè)峰部。在圖6的實(shí)施方式中，當(dāng)標(biāo)記的間隔被設(shè)定成使得獲得更均勻的間距并且材料量基本恒定(也就是說(shuō)，在激光處理過(guò)程中基本沒(méi)有材料被燒蝕)時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致不均勻的特征深度。在其中使用該圖案作為相位標(biāo)尺的情況下，由相位標(biāo)尺產(chǎn)生的條紋之間的對(duì)比可能由于不均勻特征深度而減小，這可能是在讀取該相位標(biāo)尺時(shí)由讀頭輸出的電信號(hào)中的噪聲源。盡管如此，使用該方法可以迅速地制作更小間距的標(biāo)尺。如果期望的話，還可以使用進(jìn)一步的處理，以使特征深度平坦，例如使用附加的燒蝕或填充步驟。在施加強(qiáng)度高于閾值的激光束的實(shí)施方式中，使用阻擋件或光束整形器來(lái)確保光束的中央部分在光束的整個(gè)寬度上都具有高于閾值的強(qiáng)度可能是特別有用的。否則，光束的邊緣可能形成單個(gè)峰值的輪廓，而不是期望的雙峰值輪廓。在另一個(gè)實(shí)施方式中，在逆轉(zhuǎn)表面張力條件下(例如在富含CO2氣氛的條件下)由激光器4向同一樣品區(qū)域連續(xù)地施加強(qiáng)度高于閾值的激光束和強(qiáng)度低于閾值的激光束。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)施加這種高于和低于閾值的連續(xù)激光束，由激光束形成的不同形狀的標(biāo)記組合而形成特別有用的光學(xué)特征。將理解的是，在選定條件下用于具體表面材料的閾值強(qiáng)度可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)容易地確定。例如，通過(guò)強(qiáng)度高于閾值的激光束制作的雙峰部標(biāo)記可以有效地與通過(guò)強(qiáng)度低于該閾值的激光束制作的單個(gè)峰部的正弦曲線式的標(biāo)記結(jié)合，以便通過(guò)將正弦曲線的峰部和谷部平化對(duì)純正弦狀輪廓進(jìn)行改進(jìn)。這使得標(biāo)記的形式更接近地類似方波，方波對(duì)于高對(duì)比條紋來(lái)說(shuō)在理論上是理想的，如圖7中示意性地所示，深度為200nm深，長(zhǎng)度為4 μ m?？v橫比(高度與寬度比)為了清楚起見(jiàn)再次被夸大。圖7中所示的組合標(biāo)記類似于通過(guò)制作雙峰部的功率低于閾值的單一激光束制作的標(biāo)記，但是對(duì)峰部來(lái)說(shuō)具有更平坦頂部?？梢灶A(yù)料到，通過(guò)第一激光束形成的表面輪廓將扭曲通過(guò)第二激光束形成的輪廓，從而所示的附加標(biāo)記組合將出現(xiàn)扭曲。然而，任何這種扭曲即使存在的話看來(lái)也不會(huì)導(dǎo)致任何明顯困難。在另一個(gè)操作模式中，操作圖1的設(shè)備以通過(guò)使激光束在待標(biāo)記的表面上經(jīng)過(guò)至少兩次而在多個(gè)目標(biāo)區(qū)域中的每個(gè)目標(biāo)區(qū)域處形成標(biāo)記，并在該表面向每個(gè)目標(biāo)區(qū)域引導(dǎo)制作雙峰部的低于閾值的脈沖和高于該閾值的脈沖，從而形成具有平坦峰部和谷部的標(biāo)尺。在圖8中示出了所產(chǎn)生的結(jié)果材料圖案的示意性表示。為了清楚起見(jiàn)縱橫比被再一次夸大。針對(duì)圖8描述的組合的多次經(jīng)過(guò)方法提供了附加的處理參數(shù)，可以將這些附加的處理參數(shù)優(yōu)化以實(shí)現(xiàn)光學(xué)特征的期望深度和寬度，并且實(shí)現(xiàn)峰部和谷部的平坦化。例如，脈沖功率和聚焦程度可以調(diào)節(jié)特征深度和寬度；脈沖高出形成雙峰部的閾值的程度可以用來(lái)控制該特征中的中央谷部的深度，這控制峰部的平坦化程度；可以對(duì)標(biāo)記的寬度和它們的間隔進(jìn)行調(diào)節(jié)以控制谷部的平坦化。標(biāo)記的總體深度可以通過(guò)使用多個(gè)脈沖而增加。而且，通過(guò)利用或不利用CO2保護(hù)氣體進(jìn)行標(biāo)記可以將熔融材料的流動(dòng)方向逆轉(zhuǎn)。利用這些參數(shù)，可以精確地控制標(biāo)記的形式。將理解的是，制作具體作用或結(jié)構(gòu)所需的激光束參數(shù)對(duì)于不同材料和條件來(lái)說(shuō)可能不同，并且可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定合適的激光束參數(shù)。
例如，在另外的實(shí)施方式中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，為了在冷軋鐵素奧氏體精密型316不銹鋼的金屬柱上形成單峰部標(biāo)記，可以使用均為30 μ S長(zhǎng)每個(gè)脈沖功率在300 μ J和400μ J之間的一系列10個(gè)脈沖，其中柱面透鏡焦距等于40mm，名義高斯輸入光束直徑大約為3.6mm。對(duì)于600 μ J,60y s長(zhǎng)的脈沖來(lái)說(shuō)，中央被燒蝕壓力壓下，從而形成雙峰部結(jié)構(gòu)。對(duì)于具有10個(gè)脈沖每個(gè)脈沖500 μ J的極限來(lái)說(shuō)，獲得了混合結(jié)果，例如，在同一樣品上發(fā)現(xiàn)與凹陷鄰接的突起，或者可以產(chǎn)生不穩(wěn)定(wobbly)表面。對(duì)于每個(gè)脈沖能量> 600 μ J來(lái)說(shuō)，獲得了凹陷/凹槽而沒(méi)有可見(jiàn)的突起。使用來(lái)自之前段落的激光參數(shù)在各種實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的線條的尺寸包括:在空氣中，在不銹鋼金屬柱上:寬度在2 μ m和8 μ m之間，長(zhǎng)度為Imm至2mm。深度:在高能區(qū)間(表面張力和反沖壓力作用)中高達(dá)1.5μπι深，更通常為200nm至300nm深，但是在低能量區(qū)域(僅表面張力作用)高達(dá)500nm。在CO2中，在不銹鋼金屬柱上:線寬:大約4μπι寬，長(zhǎng)度:大約I至2mm長(zhǎng)，峰部到合部深度:聞達(dá)120nm。在空氣中并且在鎳上:突起具有近似4μπι的線寬，長(zhǎng)度2mm，峰部到谷部深度:高達(dá) 350nm。將理解的是，能夠制作的線條或其他圖案的特性和尺寸并限于在以上四段中提到的那些。通過(guò)適當(dāng)?shù)剡x擇激光參數(shù)能夠獲得各種期望的圖案和尺寸。在另外的實(shí)施方式中，針對(duì)不同的激光束脈沖向樣品表面提供富含CO2的氣氛，并且針對(duì)不同的脈沖不同地控制表面鄰近的附加CO2的水平，因而提供用于控制表面材料成形的附加控制參數(shù)。在其他實(shí)施方式中，與表面鄰近的氣氛的組成通過(guò)控制其他氣體以及CO2 (或不是CO2)的量來(lái)控制，以便改變表面張力作用，例如用以提供表面溫度梯度與溫度的逆轉(zhuǎn)。在一些這樣的實(shí)施方式中，在表面處提供H2S氣體。在一些實(shí)施方式中還控制表面處的氣氛的壓力以及氣氛的成分的相對(duì)壓力。還已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通常表面溫度梯度與溫度的逆轉(zhuǎn)還可以通過(guò)提供適當(dāng)?shù)谋砻娌牧?例如具有足夠高含氧量的不銹鋼)來(lái)提供。在一些實(shí)施方式中使用的這種材料的另一個(gè)示例是在更厚的銅層上沉積為層的鎳。在使用這種材料的實(shí)施方式中，即使對(duì)于一般的氣氛組成來(lái)說(shuō)，例如在材料表面鄰近提供空氣而不是富含CO2的氣氛，也可以獲得表面張力梯度引起的從較低溫度區(qū)域向較高溫區(qū)域的流動(dòng)?？梢蕴峁┻@種實(shí)施方式以用來(lái)使用強(qiáng)度高于和低于特定閾值的激光脈沖的組合形成光學(xué)器件，這類似于圖7和8中所示的那些。對(duì)于不銹鋼來(lái)說(shuō)，已經(jīng)表明表面張力與溫度的相關(guān)程度至少部分地依賴于元素(諸如硫)的存在(參見(jiàn):估計(jì)不銹鋼的表面張力的等式，Y.Su, Z.Li, K.C.Mills, s.1.:材料科學(xué)期刊，卷40(2005)2201-2205 ;和液態(tài)不銹鋼表面張力的確定，Z.Li，K.Mukai,IZeze,.C.Mills, s.1.:材料科學(xué)期刊，2005，卷 40 (2005) 2191-2195))。液體鋼膜中的材料流動(dòng)似乎受到氧污染的影響(參見(jiàn):在受污染的薄鋼膜中通過(guò)聚焦的飛秒激光脈沖激發(fā)的熱毛細(xì)流動(dòng)，V.Yu.Balandin, D.0tte, 0.Bostanjogl0.3,2037-2044 頁(yè)，s.1.:應(yīng)用物理學(xué)期刊，2005，Vol.78)。鎳磷表面表明了與磷濃度相當(dāng)?shù)男袨?參見(jiàn)=N1-P盤的脈沖激光表面微修改中的溶化和表面變形，S.C.Chen, D.G.Cahill, C.P.Grigoropoulous.s.1.:傳熱期刊，2000，卷122，107-112頁(yè))，一種可能由于磷汽化引起的作用(參見(jiàn):磁盤基板的脈沖激光織構(gòu)化的馬蘭哥尼機(jī)理，T.D.Bennett, D.J.Krajnovich, C.P.Grigoropoulos,P.Baumgart, A.C.Tam.s.1.: Journal of Heat Transfer, 1997,卷 199, 589-596 頁(yè))。來(lái)自焊接工業(yè)的觀察增強(qiáng)了在以硫、氧和氮作為表面活性元素的熔融池(參見(jiàn):焊接具有可變穿透特征的304L不鎊鋼管,1.Grant, M.J.Tinkler, G.Mizuno, C.Gluck ;和焊接中的馬蘭哥尼效應(yīng)，K.C.Mills, B.J.Keene, R.F.Brooks, A.Shiral1.1739pp.911-925，s.1.:哲學(xué)學(xué)報(bào):數(shù)學(xué)、物理學(xué)和工程科學(xué)，1998，卷356)中表面元素對(duì)于表面張力和大量流體運(yùn)動(dòng)的重要性。與IOppm—樣少的活性元素將能夠具有大效應(yīng)。對(duì)于不銹鋼來(lái)說(shuō)，鈣、硫、錳、硅、鈦、鋅、鋁、鎂和氧似乎都影響表面張力。對(duì)于鎳來(lái)說(shuō)，磷似乎具有顯著作用，不過(guò)氧也能夠起作用。在另選實(shí)施方式中，可以使用任何合適材料與鋼一起或代替鋼來(lái)用于樣品。對(duì)于相位標(biāo)尺應(yīng)用來(lái)說(shuō)，通常期望樣品的表面層盡可能是反射性的，并且不容易失去光澤。樣品的表面層可以是金屬的，或是純金屬或是合金。樣品可以包括在例如玻璃或聚合物的第二不同材料制成的基本上形成的第一材料的表面層，或者可以由單一材料形成。用于樣品的合適材料可以包括鋼、鉻、鎳、金、銀或銦。在一些實(shí)施方式中，標(biāo)記被形成為以非反射性材料(例如諸如合適的聚合物之類的熱塑形材料)提供具有期望輪廓的圖案，該圖案隨后在隨后處理中涂覆反射涂層，例如鉻涂層。該方法可以用來(lái)形成任何合適的光學(xué)器件，包括衍射光柵、反射全息或計(jì)量器件，諸如幅度或相位標(biāo)尺。在附錄I和2中描述其他特征。應(yīng)理解的是，以上純粹通過(guò)實(shí)施例的方式描述了本發(fā)明，在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以進(jìn)行細(xì)節(jié)修改。在說(shuō)明書中以及(合適的情況下)在權(quán)利要求書和附圖中公開的每個(gè)特征都可以獨(dú)立地或以任何適當(dāng)組合的方式提供。附錄I
權(quán)利要求
1.一種形成光學(xué)器件的方法，該方法包括: 向表面的目標(biāo)區(qū)域施加激光束，從而選擇性地加熱所述表面的材料，以由此由于表面張力梯度而提供材料轉(zhuǎn)移， 其中所述表面是這樣的，即在液態(tài)時(shí)，所述表面的較高溫度的部分具有比相鄰的所述表面的較低溫度的部分高的表面張力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，該方法包括控制所述表面處的氣氛，從而使得所述表面是這樣的，即在液態(tài)時(shí)，所述表面的較高溫度的部分具有比相鄰的所述表面的較低溫度的部分高的表面張力。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中控制所述氣氛包括在所述表面處提供富含引起氧化、磷汽化、碳化物形成和/或鉻遷移的氣體的氣氛。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，其中所述氣氛的控制包括在向所述表面施加所述激光束期間在所述表面處提供富含CO2的氣氛。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中該方法包括提供包括材料的表面，該材料具有這樣的組成，該組成使得:在液態(tài)時(shí)，所述表面的較高溫度的部分具有比相鄰的所述表面的較低溫度的部分高的表面張力。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述組成通過(guò)使用表面活性劑處理所述材料的表面實(shí)現(xiàn)，所述表面活性劑與所述材料發(fā)生反應(yīng)而產(chǎn)生一表面，該表面在液態(tài)時(shí)具有較高溫度的部分，該較高溫度的部分具有比相鄰的所述表面的較低溫度的部分高的表面張力。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的方法，其中所述表面活性劑導(dǎo)致氧化、磷汽化、碳化物形成和/鉻遷移。
8.根據(jù)權(quán)利要求5至7中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述組成包括來(lái)自周期表的第13、14、15和16族的一種或更多種元素。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述組成包括來(lái)自周期表的第2和3周期的一種或更多種元素。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述材料包括高周期金屬，例如銀、鎢、鉬和金，并且所述組成包括來(lái)自第4和第5周期的一種或更多種元素。
11.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的方法，其中組成和/或表面活性劑包括選自鈣、硫、錳、硅、鈦、鋅、鋁、鎂、氮、氧和磷的一種或更多種元素。
12.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述方法包括提供一表面，該表面包括具有選定的氧或硫含量的材料。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，該方法包括控制所述激光束的至少一個(gè)參數(shù)以獲得所述或每個(gè)目標(biāo)區(qū)域的期望輪廓，以由此提供具有期望光學(xué)特征的光學(xué)器件。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述至少一個(gè)參數(shù)包括強(qiáng)度、波長(zhǎng)、脈沖長(zhǎng)度和脈沖重復(fù)時(shí)間中的至少一個(gè)。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述激光束在所述目標(biāo)區(qū)域的第一部分處比所述目標(biāo)區(qū)域的第二部分處具有更大的強(qiáng)度。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述激光束具有高于閾值強(qiáng)度的強(qiáng)度，以由此與向所述目標(biāo)區(qū)域的所述第二部分 的材料轉(zhuǎn)移相比減少向所述目標(biāo)區(qū)域的所述第一部分的材料轉(zhuǎn)移。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述激光束在所述目標(biāo)區(qū)域的所述第一部分處具有高于所述閾值強(qiáng)度的強(qiáng)度，而在所述目標(biāo)區(qū)域的所述第二部分處具有低于所述閾值強(qiáng)度的強(qiáng)度。
18.根據(jù)權(quán)利要求16或17所述的方法，其中所述閾值強(qiáng)度是這樣的強(qiáng)度，在該強(qiáng)度時(shí)，激光輻射提供顯著的燒蝕壓力。
18.根據(jù)權(quán)利要求16至18中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述閾值強(qiáng)度是最小強(qiáng)度，對(duì)該最小強(qiáng)度來(lái)說(shuō)，所述激光輻射用來(lái)對(duì)抗由于表面張力梯度引起的材料轉(zhuǎn)移。
19.根據(jù)權(quán)利要求16至18中任一項(xiàng)所述的方法，該方法包括向所述目標(biāo)區(qū)域既施加所述激光束又施加另一個(gè)激光束，其中所述激光束具有高于所述閾值強(qiáng)度的強(qiáng)度，并且所述另一個(gè)激光束具有低于所述閾值強(qiáng)度的最大強(qiáng)度。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中該方法包括: 向所述目標(biāo)區(qū)域施加所述激光束和所述另一個(gè)激光束中的一個(gè)； 使得所述目標(biāo)區(qū)域處的所述表面至少局部固化；以及 向所述目標(biāo)區(qū)域施加所述激光束和所述另一個(gè)激光束中的另一個(gè)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中向所述目標(biāo)區(qū)域施加所述另一個(gè)激光束利用材料填充通過(guò)施加所述激光束形成的表面材料的輪廓的至少一部分，或反之亦然。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述激光束的施加形成了雙峰部的表面材料輪廓，并且所述另一個(gè)激光束的施加隨后至少部分地填充所述雙峰部之間的井，或者所述另一個(gè)激光束的施加形成了單個(gè)峰部的表面材料輪廓，并且所述激光束的施加隨后至少部分加寬該單個(gè)峰部。
23.根據(jù)權(quán)利要求19至22中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述激光束和所述另一個(gè)激光束具有被控制成使得在所述目標(biāo)區(qū)域處產(chǎn)生具有基本平坦頂部的材料輪廓的參數(shù)。
24.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，該方法包括向多個(gè)目標(biāo)區(qū)域施加所述激光束和/或所述另一個(gè)激光束，每個(gè)目標(biāo)區(qū)域都位于所述表面上的各自不同的位置，以由此橫跨所述表面構(gòu)建期望的材料輪廓。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中所述方法包括向所述多個(gè)目標(biāo)區(qū)域順序地施加所述激光束和/或所述另一個(gè)激光束，其中所述目標(biāo)區(qū)域的在所述表面上彼此空間相鄰的至少一些目標(biāo)區(qū)域在該順序中在時(shí)間上不相鄰。
26.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，該方法包括多次向所述目標(biāo)區(qū)域施加所述激光束和/或所述另一個(gè)激光束，以由此在該目標(biāo)區(qū)域處構(gòu)建期望的材料輪廓。
27.根據(jù)從屬于直到權(quán)利要求2的權(quán)利要求26所述的方法，其中該方法包括改變所述金屬表面上方的氣體的組成，使得所述氣體的組成在向所述目標(biāo)區(qū)域施加所述激光束和/或所述另一個(gè)激光束的時(shí)間中的至少一些時(shí)間中與在向所述目標(biāo)區(qū)域施加所述激光束和/或所述另一個(gè)激光束的時(shí)間中的至少一些其他時(shí)間中不同。
28.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述方法包括阻擋所述激光束和/或另一個(gè)激光束的外部部分到達(dá)所述表面。
29.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述方法包括在向所述表面施加所述光束之前使所述光束經(jīng)過(guò)光束整形器。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中所述光束整形器被構(gòu)造成將功率從所述光束的較高強(qiáng)度部分重新分布到所述光束的較低強(qiáng)度部分。
31.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述激光束和所述另一個(gè)激光束中的至少一個(gè)具有這樣的強(qiáng)度，該強(qiáng)度使得由于表面張力梯度而提供材料轉(zhuǎn)移，而基本上不會(huì)移除材料，例如基本上不會(huì)燒蝕材料。
32.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述光學(xué)器件包括計(jì)量器件、相位標(biāo)尺、幅度標(biāo)尺和衍射光柵中的至少一個(gè)。
33.一種用來(lái)形成光學(xué)器件的設(shè)備，該設(shè)備包括: 用于向表面的目標(biāo)區(qū)域施加激光束的激光器； 控制器，該控制器將所述激光束的至少一個(gè)參數(shù)的值控制成使得對(duì)所述表面的材料進(jìn)行選擇性加熱，以由此由于表面張力梯度而提供材料轉(zhuǎn)移，以便獲得所述目標(biāo)區(qū)域的具有期望光學(xué)特征的輪廓；以及 用于控制所述表面處的氣氛使得所述表面在液態(tài)時(shí)所述表面的較高溫度的部分具有比相鄰的所述表面的較 低溫度的部分低的表面張力的裝置。
全文摘要
一種形成光學(xué)器件的方法，該方法包括向表面的目標(biāo)區(qū)域施加激光束，從而選擇性地加熱所述表面的材料，以由此由于表面張力梯度而提供材料轉(zhuǎn)移，其中所述表面是這樣的，即在液態(tài)時(shí)，所述表面的較高溫度的部分具有比相鄰的所述表面的較低溫度的部分高的表面張力。
文檔編號(hào)B23K26/12GK103180083SQ201180050837
公開日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2011年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月24日
發(fā)明者尼古拉斯·約翰·韋斯頓, 鄧肯·保爾·漢德, 斯蒂芬妮·吉特, 馬庫(kù)斯·阿德龍 申請(qǐng)人:瑞尼斯豪公司