專利名稱：用于光學(xué)元件的模具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及用于制造和/或精加工表面的系統(tǒng)和方法以及利用該系統(tǒng)和/或方法制造的裝置。更具體地說，該系統(tǒng)和方法可用于通過激光去除工藝生產(chǎn)高精度光學(xué)透鏡模具。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代的裝置/器件制造中使用模具是眾所周知的方法，其可追溯到遠(yuǎn)古時(shí)代。但是，最近精密模具鑄造法已被光學(xué)設(shè)備制造者用于光學(xué)透鏡的生產(chǎn)。包括一個(gè)或多個(gè)光學(xué)成像、光學(xué)通信以及光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)的裝置變得日益盛行。這些產(chǎn)品中許多使用一個(gè)或多個(gè)光學(xué)透鏡。因此，非常希望在各種裝置中使用的光學(xué)透鏡能夠盡可能精確地滿足它們的設(shè)計(jì)要求。還希望在這些透鏡的生產(chǎn)過程中能夠保持經(jīng)濟(jì)可行的制造方法，從而這些透鏡可以在市場(chǎng)上理想地定價(jià)。
隨著對(duì)高性能光學(xué)設(shè)備的需求的逐步增長(zhǎng)，裝置已變得更小且更加精密。因此，為了能夠滿足其性能要求，這些裝置需要難于制造的高精度光學(xué)透鏡。例如，藍(lán)光(blu-ray)光學(xué)存儲(chǔ)器標(biāo)準(zhǔn)使用短波長(zhǎng)激光(藍(lán)色激光)，以允許在光學(xué)存儲(chǔ)盤上存儲(chǔ)更多數(shù)據(jù)，這與目前使用紅色激光的標(biāo)準(zhǔn)(CD、DVD)相反。激光的波長(zhǎng)越短，要求越小越精確的透鏡，并希望其表面上的缺陷最小。
圖1A和1B示出現(xiàn)有制造高精度透鏡的方法，該方法包括在硬質(zhì)模具材料1上形成模腔2，其中該模腔2與理想光學(xué)透鏡的幾何形狀的透鏡設(shè)計(jì)相匹配。模腔2通常利用安裝在移動(dòng)臂14上的金剛石砂輪10(圖1A和1B中示出)或金剛石車削頭12(圖2中示出)中的至少一個(gè)執(zhí)行預(yù)定的雕刻算法16而由模具材料1經(jīng)過磨削和/或切削而成(如圖1A、1B和2中所示的示例)。在最后形成的模具被拋光之后，將光學(xué)透鏡材料放入到該模具之內(nèi)，在高溫和高壓下按需要壓制，以便形成光學(xué)透鏡(圖1中未示出)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，其它方法也可用于最后拋光形成的模具，以形成光學(xué)透鏡。
利用上面所述的現(xiàn)有方法，設(shè)計(jì)精度一般能夠達(dá)到約±0.1微米。但是，磨削/切削工藝帶來模腔表面誤差，它不滿足高精密光學(xué)透鏡所要求的納米和亞納米級(jí)精度，例如藍(lán)光標(biāo)準(zhǔn)所要求的精度。如圖1A和1B中所示，表面誤差導(dǎo)致不希望的移動(dòng)臂的柄14的彎曲以及柄14和/或砂輪10的振動(dòng)。如圖2中所示，由于軸20和/或金剛石車削頭12的彎曲或振動(dòng)可能引起類似的缺陷。不希望有的缺陷也可能起因于在車削頭與模腔表面之間的界面24上產(chǎn)生的溫度或壓力變化以及機(jī)械制造工具(圖2中未示出)本身的不精確性。此外，砂輪/車削頭經(jīng)受磨損，并在長(zhǎng)時(shí)間使用之后可能變得精度更差，從而因更換模具和另外加工模具而帶來不希望的制造成本。
另外，具有模腔32的光學(xué)透鏡模具31可能希望在完成時(shí)至少在模腔32上施敷一薄膜33(如圖3所示)。施敷薄膜例如可以防止在壓制加工過程中在光學(xué)透鏡材料和模具31之間產(chǎn)生不希望的粘連。但是，施敷薄膜也可能在薄膜表面上引入不希望的波狀起伏，從而給高精度透鏡的制造加工帶來額外誤差。
目前的方法旨在降低光學(xué)透鏡制造中的誤差，如上所述，其通常包括光學(xué)透鏡模具的生產(chǎn)，其中由于誤差而生產(chǎn)出不完美的光學(xué)透鏡。然后，光學(xué)儀器制造者手工精加工該透鏡表面，以消除通過利用例如激光干涉儀進(jìn)行測(cè)量所確定的表面誤差。另外，存在更復(fù)雜的自動(dòng)化方法，諸如由美國(guó)紐約羅徹斯特市的光學(xué)器件制造中心(COM)開發(fā)的磁流變拋光法。但是，這些方法均可能為透鏡帶來不希望的額外表面誤差，并通常達(dá)不到較高性能光學(xué)裝置所希望的納米和亞納米精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種改進(jìn)高精度表面的形狀的方法，其包括以下步驟提供一塊在其表面上具有特征的材料，測(cè)量由從該特征伸出的偏離理想特征形狀的材料所引起的該特征的表面誤差，通過基于該誤差激勵(lì)脈沖激光束以去除從該特征伸出的材料來校正該特征的表面誤差。
在進(jìn)一步的實(shí)施例中，該材料塊為一模具，該特征為一模腔，該表面誤差為由伸進(jìn)模腔中的偏離理想模腔形狀的模具材料所引起?；蛘撸摫砻嬲`差可以為來自先前的機(jī)械加工步驟的刀具痕跡。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，在誤差被理想地校正之后，在該特征上沉積一層薄膜材料。或者，在誤差被測(cè)量和校正前，在該特征上沉積一層薄膜材料，此時(shí)測(cè)量該特征的表面誤差則是測(cè)量由從薄膜表面伸出并偏離理想特征形狀的部分材料引起的誤差?；谠撜`差激勵(lì)脈沖激光束，以去除從薄膜表面伸出并偏離理想特征形狀的部分材料?；蛘撸梢蕴峁┰谄浔砻嫔暇哂刑卣髑以谠撎卣魃铣练e有薄膜材料的模具材料塊，而不是如上所述沉積薄膜材料。
在另一實(shí)施例中，提供一種光學(xué)透鏡，其上具有由從透鏡表面伸出而偏離理想透鏡形狀的透鏡材料所引起的表面誤差，其中測(cè)量該表面誤差，然后加以校正，通過基于該誤差激勵(lì)脈沖激光束以理想地去除從透鏡表面伸出而偏離理想透鏡形狀的透鏡材料。在又一實(shí)施例中，在基于該誤差激勵(lì)脈沖激光束之前，光學(xué)透鏡的從透鏡表面伸出而偏離理想透鏡形狀的透鏡材料基本上被光學(xué)吸收性材料覆蓋住。
本發(fā)明的另一示范性實(shí)施例為一種激光加工系統(tǒng)，用于通過從部分高精度表面上去除偏離預(yù)定表面設(shè)計(jì)形狀的裝置材料來改進(jìn)裝置的高精度表面的形狀。該激光加工系統(tǒng)包括脈沖激光源，用于產(chǎn)生激光脈沖；與激光脈沖的光路對(duì)準(zhǔn)的光閘；在光路中對(duì)準(zhǔn)的光學(xué)器件，用于將激光脈沖聚焦成光斑/束斑(beam spot)；裝置支座，用于保持或可控制地移動(dòng)該裝置，以使得光斑在該裝置的高精度表面上掃描；以及處理器。每個(gè)激光脈沖具有預(yù)定峰值波長(zhǎng)、等于加工能級(jí)的脈沖能量以及小于約1ns的預(yù)定脈沖寬度。裝置支座包括三維正交線性平移臺(tái)；與三維正交線性平移臺(tái)相連的θ旋轉(zhuǎn)臺(tái)，以繞垂直于光斑處的激光脈沖的傳播方向的θ軸旋轉(zhuǎn)該裝置，θ旋轉(zhuǎn)臺(tái)允許所述裝置基本上旋轉(zhuǎn)180°；與θ旋轉(zhuǎn)臺(tái)相連的Ф旋轉(zhuǎn)臺(tái)，以大致繞垂直于θ軸的Ф軸旋轉(zhuǎn)該裝置，Ф軸隨θ旋轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)而變化；以及與Ф旋轉(zhuǎn)臺(tái)相連的支架，用于保持該裝置。處理器控制加工能級(jí)的激光脈沖的脈沖能量和光斑的直徑，以使得每個(gè)激光脈沖從高精度表面上去除一定去除深度的裝置材料；光閘以及裝置支座，以使得偏離預(yù)定表面設(shè)計(jì)形狀的部分高精度表面被多個(gè)激光脈沖照射。
本發(fā)明的又一示范性實(shí)施例為一種激光加工系統(tǒng)用的多位置原位識(shí)別設(shè)備。該多位置原位識(shí)別設(shè)備包括多位置原位識(shí)別光閘(shuttle)，安裝在多位置原位識(shí)別光閘上的物鏡；以及安裝在多位置原位識(shí)別光閘上的面向前光束對(duì)準(zhǔn)攝像機(jī)。多位置原位識(shí)別光閘這樣布置在第一光閘位置上，物鏡與激光加工系統(tǒng)的光路對(duì)準(zhǔn)，以將激光加工系統(tǒng)的激光在一表面上聚焦成光斑；以及在第二光閘位置上，面向前光束對(duì)準(zhǔn)攝像機(jī)與光路共線對(duì)準(zhǔn)，并對(duì)應(yīng)于當(dāng)多位置原位識(shí)別光閘位于第一位置上時(shí)的光斑位置成像所述裝置的表面。這樣便產(chǎn)生對(duì)準(zhǔn)圖像，以用于確定激光加工系統(tǒng)在表面上的初始光束對(duì)準(zhǔn)。
本發(fā)明的又一示范性實(shí)施例為一種用于短波長(zhǎng)光的改進(jìn)型非球面和/或非對(duì)稱透鏡。該非球面透鏡由透鏡材料形成，包括第一光折射表面，其具有與預(yù)定第一非球形表面設(shè)計(jì)形狀相匹配的第一非球面形狀，該第第一光折射表面的最大偏差小于約1μm；以及與第一光折射表面相對(duì)的第二光折射表面，第二光折射表面具有與預(yù)定第二表面設(shè)計(jì)形狀相匹配的第二表面形狀，第二表面最大偏差小于約1μm。
本發(fā)明的又一示范性實(shí)施例為一種用于短波長(zhǎng)非球面透鏡、短波長(zhǎng)非對(duì)稱透鏡和/或微結(jié)構(gòu)的改進(jìn)型壓力模具(壓模)。該壓力模具包括由模具材料形成的模具本體。該模具本體包括具有非球形模具表面形狀的模具表面，其與預(yù)定非球形表面設(shè)計(jì)形狀相匹配，模具表面最大偏差小于約1μm。
本發(fā)明的又一示范性實(shí)施例是一種用于壓力模具的改進(jìn)型釋放膜(release film)。該釋放膜包括形成于壓力模具的模具表面上的釋放膜材料。釋放膜材料的釋放表面與模具表面相對(duì)，并具有與預(yù)定表面設(shè)計(jì)形狀相匹配的釋放表面形狀，其最大偏差小于約1μm。
本發(fā)明的再一實(shí)施例還可以包括磨削/切削模具表面上的特征的步驟，其中該特征是一個(gè)模腔，磨削/切削該特征引入由伸進(jìn)模腔中而偏離理想模腔形狀的模具材料引起的模腔表面誤差。
應(yīng)當(dāng)理解，以上的一般性描述和以下的詳細(xì)描述均僅僅是本發(fā)明的示例性說明，而不是對(duì)本發(fā)明的限制。


結(jié)合附圖并閱讀下面的詳細(xì)描述將可更好地理解本發(fā)明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)，根據(jù)一般實(shí)踐，附圖中的各種特征不是成比例的。相反，為清楚起見，各種特征的尺寸可以隨意放大或縮小。附圖中包括以下圖示圖1A(現(xiàn)有技術(shù))是具有用于在其中磨削模腔的金剛石砂輪的模具的側(cè)面剖視圖；圖1B(現(xiàn)有技術(shù))是具有用于在其中磨削模腔的金剛石砂輪的模具的側(cè)面剖視圖；圖2(現(xiàn)有技術(shù))是具有用于在其中磨削模腔的金剛石車削頭的模具的側(cè)面剖視圖，進(jìn)一步示范性圖示了表面模腔誤差的起因；圖3A(現(xiàn)有技術(shù))是具有其中所形成的模腔的模具的側(cè)面剖視圖；圖3B(現(xiàn)有技術(shù))是具有其上所形成的薄膜的模具的側(cè)面剖視圖；圖4A，4B，4C是在根據(jù)本發(fā)明的一種方法的制造過程中根據(jù)本發(fā)明的一示范性實(shí)施例的設(shè)備的側(cè)面剖視圖；圖5A，5B，5C，5D和5E是在根據(jù)本發(fā)明的另一種方法的制造過程中根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的設(shè)備的側(cè)面剖視圖；圖6A是在模腔表面誤差的激光去除過程中本發(fā)明的示范性實(shí)施例的俯視圖；圖6B是在圖6A中所示的激光去除過程中本發(fā)明的示范性實(shí)施例的側(cè)面剖視圖；圖6C是在圖6A中所示的激光去除過程中本發(fā)明的示范性實(shí)施例的側(cè)面剖視圖；圖7是本發(fā)明的用于執(zhí)行移動(dòng)步驟的示范性電動(dòng)/機(jī)動(dòng)移動(dòng)臺(tái)設(shè)備的透視圖；圖8是表示本發(fā)明的一實(shí)施例的示范性制造方法的流程圖；圖9是在激光去除過程中本發(fā)明的另一實(shí)施例的側(cè)面剖視圖；圖10是表示本發(fā)明的另一實(shí)施例的示范性制造方法的流程圖；圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的一示范性激光加工系統(tǒng)的示意性方塊圖；
圖12A，12B，12C示出根據(jù)本發(fā)明的示范性多位置原位識(shí)別設(shè)備的示意性方塊圖(框圖)；圖13示出了根據(jù)本發(fā)明的一示范性輔助氣體室的示意性方塊圖；圖14示出了根據(jù)本發(fā)明的一示范性改進(jìn)型非球面透鏡的側(cè)視圖；圖15示出了根據(jù)本發(fā)明的一示范性改進(jìn)型非對(duì)稱透鏡的側(cè)視圖；圖16示出了根據(jù)本發(fā)明的一示范性改進(jìn)型壓力模具的側(cè)視圖；圖17示出了根據(jù)本發(fā)明的另一示范性改進(jìn)型壓力模具的側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的一實(shí)施例總體上涉及材料表面的非理想特征的激光去除(laser ablation)，以提高材料高精度表面的實(shí)際表面形狀與理想表面形狀之間的形狀匹配。這些非理想特征可包括這樣的缺陷，如在用于形成初始表面形狀的車削或磨削加工過程中產(chǎn)生的刀具痕跡。在另一個(gè)實(shí)施例中，所述材料可以是光學(xué)模具，所述特征可以是光學(xué)模腔內(nèi)的非理想表面波狀起伏。但是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，為了達(dá)到更高精度，各種類型的其它表面可以通過這里公開的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例加以去除，這些均不脫離由權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的范圍。
參考附圖，其中在組成該附圖的各視圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件，圖4通過若干加工步驟示出了本發(fā)明的一示范性實(shí)施例。圖4A中所示的步驟提供了一塊模具材料41。模具材料41通?？梢允蔷哂欣硐氲牡蜔崤蛎浵禂?shù)、高的導(dǎo)熱系數(shù)、抗氧化性和相當(dāng)?shù)偷目紫堵实娜我庥操|(zhì)材料，例如碳化鎢，金屬陶瓷(包括例如TiN、TiC、Cr2O3和Al2O3中的一種或多種)，陶瓷(例如Al2O3、Cr2O3、SiC、ZrO2、Si3N4、TiN、TiC或BN)，金屬(例如Ni、Cr、Ti、W、Ta、Si或其合金)，固態(tài)碳材料(例如金剛石、無定形金剛石或玻璃碳)，玻璃，或藍(lán)寶石。
然后，根據(jù)一個(gè)或多個(gè)工藝在模具材料41的表面上形成模腔42，該工藝可以包括例如參考圖1-3所述的磨削/切削工藝，也可以包括離子束銑削(ion beam milling)、化學(xué)蝕刻(chemical etching)和等離子蝕刻(plasma etching)。模腔42理想地形成為基本上與理想透鏡形狀40對(duì)應(yīng)，并具有由于上面所述的現(xiàn)有技術(shù)工藝的不精確性引起的模腔表面誤差49。
圖4B示出了在激光去除加工/工藝之前具有形成于其中的模腔42和在其上的模腔表面誤差49的模具材料41。在激光去除加工前，用高精密檢測(cè)裝置(圖4中未示出)檢測(cè)和測(cè)量模腔表面誤差49，該高精密檢測(cè)裝置例如可以是激光干涉儀，白光干涉儀，線性可變位移傳感器，或者任意形式的掃描探針顯微鏡(SPM)，例如掃描隧道顯微鏡(STM)、原子力顯微鏡(AFM)、近場(chǎng)掃描光學(xué)顯微鏡(NSOM)或剪力顯微鏡(ShFM)。
通常，這些誤差指那些不希望地伸進(jìn)模腔而偏離模腔的理想形狀(例如理想形狀上的波狀起伏)的模具材料。高精度檢測(cè)裝置可以基本上測(cè)繪出模腔42表面上的所有誤差49。在誤差49被檢測(cè)之后，將激光束45定位在第一個(gè)模腔表面誤差49上，于是激勵(lì)激光源(未示出)，以提供包括至少一個(gè)光脈沖、理想的是多個(gè)疊加脈沖的激光束45，從而去除伸進(jìn)模腔42而偏離理想透鏡形狀40的模具材料，由此校正該誤差。然后，按照預(yù)定算法將激光束45重新定位到另一個(gè)模腔表面誤差49上，于是激勵(lì)激光源，以按希望消除另一誤差。重復(fù)執(zhí)行該過程，直到模腔42的表面被精加工至與理想透鏡形狀40相匹配，如圖4C所示。
用于產(chǎn)生激光束45的激光源可以是任何超快(超高速)短脈沖激光器，例如飛秒激光器或者皮秒激光器。理想的激光源可以包括通常用于激光加工應(yīng)用的任何類型的固態(tài)增益介質(zhì)，例如Cr:YAG(峰值基波長(zhǎng)，λf＝1520nm)；Cr:鎂橄欖石(λf＝1230-1270nm)；Nd:YAG和Nd:YVO4(λf＝1064nm)；Nd:GDVO4(λf＝1063nm)；Nd:YLF(λf＝1047nm和1053nm)；Nd:玻璃(λf＝1047-1087nm)；Yb:YAG(λf＝1030nm)；Cr:LiSAF(λf＝826-876nm)；Ti:藍(lán)寶石(λf＝760-820nm)；和Pr:YLF(λf＝612nm)。可以使用標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)泵浦系統(tǒng)諸如閃光燈、摻鉺光纖激光器、二極管激光器泵浦這些固態(tài)增益介質(zhì)，在用于泵浦固態(tài)增益介質(zhì)之前，光學(xué)泵浦系統(tǒng)的輸出脈沖可以直接耦合到固態(tài)增益介質(zhì)中或者可以經(jīng)受諧波發(fā)生。固態(tài)增益介質(zhì)可以設(shè)置成操作如激光振蕩器；單通放大器；和/或多通放大器中的一個(gè)或多個(gè)。該元件還包括光學(xué)器件，以大致準(zhǔn)直激光。激光源可以理想地產(chǎn)生近傅立葉變換極限脈沖。期望提供超快激光源，這些脈沖具有的脈沖寬度可小于約1ns，典型地小于50ps。用于去除加工的超快短脈沖激光可理想地避免模腔的熱變形，并用于通過剝離被照射原子的電子來消除不希望存在的波狀起伏，主要是蒸發(fā)掉納米至亞納米級(jí)精度的波狀起伏?；蛘?，激光源可以包括受激準(zhǔn)分子激光器系統(tǒng)(例如XeCl，λf＝308nm；KrF，λf＝248nm；ArF，λf＝193nm；或F2，λf＝157nm)，染料激光器系統(tǒng)(例如7-二乙基氨基-4-甲基香豆素，λf＝435-500nm；苯甲酸，2-[6-(乙基氨基)-3-(乙基亞氨基)-2，7-二甲基-3H-氧雜蒽-9-基]-乙酯，一氫氯化物，λf＝555-625nm；4-二氰基亞甲基-2-甲基-6-(對(duì)-二甲基氨基苯乙烯基)-4H-吡喃，λf＝598-710nm；或2-(6-(4-二甲基氨基苯基)-2，4-新戊二烯-1，3，5-己三烯基)-3-甲基苯并噻唑高氯酸酯，λf＝785-900nm)，或者在激光加工應(yīng)用中采用的其它激光器系統(tǒng)。
為了防止模腔表面不希望地氧化，激光去除加工可以在惰性氣氛中進(jìn)行。該惰性氣氛可加以選擇，以減小在激光去除加工過程中模具表面氧化的可能性，并可以包括氮?dú)饣蛘咧T如氬的稀有氣體?；蛘?，可以使用輔助氣體例如N2、Ar、O2、空氣、CF4、Cl、H2、或SF6，以用于通過在激光照射中形成等離子體來輔助去除加工。
在上述去除過程之前，對(duì)于特定材料可以先校準(zhǔn)激光。校準(zhǔn)過程可以包括以下步驟提供一塊材料，將激光聚焦在該塊材料的表面上，施加具有預(yù)定最小功率的光脈沖，逐步升高光脈沖的功率，直到材料表面被理想地去除一定深度(即得到去除閾值)。然后，在校準(zhǔn)過程中得到的去除閾值功率可以用在本發(fā)明的去除加工中。在一示范性實(shí)施例中，功率略大于去除閾值功率的脈沖用于從模具中去除多余的材料。
具有基本上與例如上述透鏡形狀40相匹配的模腔42的模具材料41可以進(jìn)一步進(jìn)行加工，以在模腔42上包含一薄膜材料。如上所述，參考圖3，薄膜33至少理想地形成于模腔32的表面上，以便防止在制造光學(xué)透鏡的模具加工過程中透鏡材料(圖3中未示出)粘連到模具31上。如上所述，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的薄膜沉積可能存在不希望的薄膜表面誤差和波狀起伏(圖3中未示出)，這可能增大下面的模腔表面誤差，因而在薄膜表面上存在甚至更大的表面波狀起伏。但是，根據(jù)本發(fā)明，由于提高了薄膜下的激光加工模腔表面的的形狀精度，薄膜的施敷可以防止形成這種誤差和波狀起伏。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，薄膜可以由包含例如鎳、鈦、鈮、釩、鉬、鉑、鈀、銥、銠、鋨、釕、錸、鎢和鉭中的一種或多種的金屬或合金形成。此外，可以用物理汽相沉積(PVD)、化學(xué)汽相沉積(CVD)、分子束外延(MBE)、離子束沉積、或者電鍍法施敷薄膜。通常，希望被施敷的薄膜具有預(yù)定的厚度，以與下層表面的特征相匹配，從而與理想透鏡形狀相匹配。在一實(shí)施例中，預(yù)定薄膜厚度例如為1～5微米。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到，取決于被模制的光學(xué)透鏡材料，替換的薄膜材料也可以用于每個(gè)特定應(yīng)用中?；蛘撸梢圆恍枰∧?，因而其可以省略。
圖5示出了本發(fā)明的另一實(shí)施例，其中在激光去除加工之前施敷薄膜。在該實(shí)施例中，提供包括其上具有模腔表面誤差49的模腔42的模具材料41，釋放材料薄膜53至少形成于模腔42的表面上?？梢岳蒙鲜鲆环N或多種工藝形成薄膜53。形成薄膜53的實(shí)質(zhì)是形成薄膜模腔52，其具有一個(gè)或多個(gè)薄膜表面誤差59。通常，這些誤差由不希望地伸進(jìn)薄膜模腔中而偏離模腔的理想形狀的釋放材料引起(例如在理想凹面形狀上的波狀起伏)。薄膜表面誤差59可能由于薄膜53下的模腔表面誤差49、制造不精確、或者任意個(gè)環(huán)境條件的存在而形成?？梢钥闯?，所產(chǎn)生的薄膜模腔52并不會(huì)與理想透鏡設(shè)計(jì)50所希望地一致。
在校正薄膜釋放層53上的誤差59之前，可以用高精密檢測(cè)裝置(圖5中未示出)檢測(cè)和測(cè)量誤差59，該高精密檢測(cè)裝置例如可以是激光干涉儀、白光干涉儀、線性可變位移傳感器、或任意形式的掃描探針顯微鏡(SPM)，諸如掃描隧道顯微鏡(STM)、原子力顯微鏡(AFM)、近場(chǎng)掃描光學(xué)顯微鏡(NSOM)、或剪力顯微鏡(ShFM)。高精密檢測(cè)裝置可以理想地大致測(cè)繪出薄膜模腔52的表面上的所有誤差59。在誤差59被檢測(cè)之后，將激光束55按所希望地投射在薄膜表面誤差59中的第一個(gè)上，于是激勵(lì)激光源(未示出)，以通過釋放出至少一個(gè)光脈沖、理想的是多個(gè)疊加脈沖來產(chǎn)生激光束55，去除伸進(jìn)模腔52而偏離理想透鏡設(shè)計(jì)50的釋放材料，從而校正誤差。然后，按照預(yù)定算法將激光束55重新投射到另一個(gè)模腔表面誤差59上，于是激勵(lì)激光源，以使激光束55可以理想地去除另一個(gè)誤差。重復(fù)上述過程，直到薄膜模腔52被精加工至幾乎全部去除所識(shí)別的表面誤差，從而使模腔52與理想透鏡設(shè)計(jì)50相匹配，如圖5E所示。如上所述，激光源通常可以是任何超快短脈沖激光器，諸如飛秒激光器或者皮秒激光器。
圖6示出了本發(fā)明的另一實(shí)施例，其中激光束65可以相對(duì)模腔42的表面加以調(diào)節(jié)，以致當(dāng)按照示范性的路徑算法移動(dòng)模腔42的表面時(shí)，能夠保持近似法向入射角，以沿其路徑理想地校正模腔表面誤差49?；蛘?，當(dāng)它沿其路徑移動(dòng)時(shí)，激光束65入射到模腔42的表面大致可以保持在任何理想的入射角。例如，如圖6C所示，激光束65可以平行于模具41的旋轉(zhuǎn)軸60直射。在圖6C所示的示范性實(shí)施例中，激光束65的偏振可以改變，以減少在激光表面加工過程中由于受激的伍德異常而導(dǎo)致的增大表面粗糙度的潛在可能性。
圖6A表示模腔42的俯視圖(如微斜的坡度所示)，按照示范性的路徑算法66，激光束65沿激光路徑64移動(dòng)。激光路徑64示出了具有激光束65的光斑的逐漸清晰的虛像及時(shí)沿其路徑中的增加先前點(diǎn)的激光移動(dòng)。激光束65逐漸清晰的虛像也表明在沿激光路徑64的任意點(diǎn)上理想的多個(gè)疊加短脈沖光束發(fā)射在模腔表面上。如圖6A所示，激光可以按理想的路徑移動(dòng)掃射，其中激光被操作，以用于發(fā)射具有一缺隙(脈沖之間的周向距離)的短脈沖，以使得出現(xiàn)沿光路的理想部分由連續(xù)脈沖去除的區(qū)域理想疊加。該缺隙典型地選擇為小于或等于由每個(gè)脈沖去除的區(qū)域的寬度的1/2，理想地小于或等于該寬度的1/3，優(yōu)選小于或等于該寬度的1/10。
在本發(fā)明的一實(shí)施例中，模腔42大致呈圓形對(duì)稱狀，激光束65可用于理想地校正模腔42中的誤差，以基本達(dá)到理想形狀40。應(yīng)該指出，表面形狀中的誤差通常可能是近似圓形對(duì)稱的，特別是，如果誤差為由磨削或切削模腔引起的刀具痕跡的話。這些刀具痕跡典型地沿螺旋路徑分布，并具有充分封閉至近似同心圓的多個(gè)環(huán)。因此，這些誤差的校正可以通過沿大致圓形對(duì)稱模腔42的周邊以順時(shí)針方向或者逆時(shí)針方向(例如沿去除路徑64)以預(yù)定旋轉(zhuǎn)速率移動(dòng)激光束65的光斑來實(shí)施。然后，以預(yù)定頻率激勵(lì)激光源(未示出)，以將光脈沖作為激光束65沿著模腔的周邊施加，其中由連續(xù)施加的脈沖切削的區(qū)域的中心以預(yù)定的圓周距離隔開。典型地，預(yù)定的圓周距離小于被激光束65去除的區(qū)域的直徑，例如可以是每個(gè)脈沖的去除區(qū)域的直徑的1/2或者更小。該去除加工可以在模腔當(dāng)前的周邊上重復(fù)，直到沿著周邊的近似圓形對(duì)稱模腔的周邊的誤差被校正為止。然后，可以以預(yù)定的徑向距離徑向移動(dòng)模具或者光斑，以使光斑繞近似圓形對(duì)稱模腔的一個(gè)新的周邊移動(dòng)。該新的周邊可能是一個(gè)更小的周邊，或者是一個(gè)更大的周邊。重復(fù)該加工，直到理想地消除模腔的誤差。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，對(duì)于每個(gè)周邊，激勵(lì)激光器的預(yù)定頻率可以變化至一預(yù)定值，以便使得在由連續(xù)施加的脈沖去除的區(qū)域的中心之間的預(yù)定圓周距離對(duì)各周邊中的每一個(gè)來說大致保持不變?；蛘?，對(duì)于每個(gè)周邊，模具或光斑的預(yù)定旋轉(zhuǎn)頻率可以變化至一預(yù)定值，以便使得在由連續(xù)施加的脈沖去除的區(qū)域的中心之間的預(yù)定圓周距離對(duì)各周邊中的每一個(gè)來說大體保持不變。
在本發(fā)明的一實(shí)施例中，示范性路徑算法66表示在模腔表面形狀的精加工過程中激光束65的移動(dòng)。圖6A示出的示范性路徑算法66例如沿模腔的外周邊逆時(shí)針移動(dòng)激光束65。在至少一周逆時(shí)針掃射之后，激光束65向下步進(jìn)到模腔的更近的周邊(即更靠近模腔的中心)處，再次執(zhí)行逆時(shí)針掃射。在逆時(shí)針掃射期間，可基于模腔表面誤差選擇地激勵(lì)激光束65，以理想地去除波狀起伏，從而校正誤差。必要時(shí)重復(fù)該過程，以理想地改進(jìn)模腔的表面形狀。在另一實(shí)施例中，可以相對(duì)于至少在模腔表面上施敷的薄膜的薄膜模腔表面(圖6中未示出)執(zhí)行上述過程。
圖7示出了一示范性電動(dòng)設(shè)備700，用于實(shí)施本發(fā)明一實(shí)施例的激光去除算法。工作臺(tái)X移位器702、Y移位器704和Z移位器706是無電刷、無芯線性電動(dòng)工作臺(tái)，用于相對(duì)激光束710移動(dòng)由轉(zhuǎn)動(dòng)移位器708保持的光學(xué)模具712至理想位置。在以Z方向作為其徑向軸的圓柱坐標(biāo)系統(tǒng)中，激光束710可以以任意Ф角對(duì)準(zhǔn)。在一個(gè)實(shí)施例中，Ф可以設(shè)定為在近似+90°和-90°之間的任意角度。在另一個(gè)實(shí)施例中，Ф在整個(gè)去除過程中可以動(dòng)態(tài)改變，以便維持激光束710和模具712的表面之間的理想對(duì)準(zhǔn)。
一旦激光束710和模具712彼此相對(duì)放置以使模具712的表面位于大體等于激光束710的焦點(diǎn)的距離上，激光去除加工便可以開始。旋轉(zhuǎn)移位器708理想地以預(yù)定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)模具712。當(dāng)模具712正在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，激光710被選擇性地激勵(lì)，以發(fā)射脈沖到模具712的表面上，從而使疊加的脈沖去除模具712的表面上的誤差。脈沖時(shí)序取決于每個(gè)脈沖圖的平均去除量和在模具712的表面上的波狀起伏的大小及位置，其利用高精度檢測(cè)裝置事先確定。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)脈沖可去除表面上近似0.1-10nm厚的一層。從圖7中可以看出，可以定位激光710，以沿距離模具712的表面的中心具有一定半徑的圓形路徑施加脈沖。一旦表面誤差沿初始路徑被去除，電動(dòng)工作臺(tái)設(shè)備700便可以移動(dòng)模具712，以使激光712沿著距離所述中心具有不同半徑的圓形路徑施加脈沖。或者，激光710可以移動(dòng)，以通過不同的圓形路徑半徑施加脈沖。可以重復(fù)該過程，直到模具712的表面上的波狀起伏已經(jīng)理想地去除或最小化為止。
盡管圖中所示的本發(fā)明的實(shí)施例顯示了大致水平的模具和透鏡，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到，這并不是本發(fā)明的要求。通常，在圓柱坐標(biāo)系統(tǒng)中，模具或者透鏡可以以任意θ和Ф角被保持。此外，它們可以大致垂直放置，以便在去除加工過程中從模具上射出的碎屑可以遠(yuǎn)離模具表面。此外，空氣射流可以吹過模具，以使去除過程中碎屑吹離模具表面。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，可以在輔助氣體存在和/或當(dāng)輔助氣體吹過模腔表面的同時(shí)進(jìn)行激光去除加工。在該實(shí)施例中，當(dāng)激光束通過波狀起伏時(shí)選擇性地激勵(lì)激光可以施加光脈沖，其化學(xué)激勵(lì)波狀起伏上的輔助氣體，從而改進(jìn)了模腔中的誤差的去除。在另一實(shí)施例中，這種化學(xué)激勵(lì)去除可以校正薄膜或者透鏡表面上的誤差。輔助氣體可以包括例如N2、Ar、O2、空氣、CF4，Cl、H2或者SF6中的至少一種。
圖8示出了本發(fā)明的示范性實(shí)施例的幾種示范性制造方法的流程圖。在該流程圖中，利用假想的加工模塊和可選的加工模塊示出了示范性可選方法。實(shí)際的裝配方法將使用各路徑中的一個(gè)，并沒有任何判定模塊。
示范性加工可從下面所述的步驟800a、800b和800c所示的三種方式之一開始。步驟800a提供一模具材料塊，在步驟802a中，在該模具材料中形成一模腔。該模腔這樣形成，以使得它大體上與理想的物鏡形狀相匹配。但是，在步驟800b中，提供一已經(jīng)含有模腔的模具材料塊，因而繞過步驟802a。在步驟804a中，至少在模腔上形成薄膜。該過程用虛線示出，因?yàn)樗梢允÷曰蛘咴诓襟E816中選擇“否”條件后執(zhí)行(圖8中未示出)。另一開始步驟800c提供一含有模腔和在該模腔上形成的薄膜的模具材料塊。
執(zhí)行步驟810，以根據(jù)前述步驟中采用的路徑檢測(cè)和測(cè)量薄膜或者模腔表面上的表面誤差。如果采用在模腔上形成薄膜的路徑的話，則步驟810便檢測(cè)和測(cè)量薄膜表面上的表面誤差。反之，如果采用尚未在模腔上形成薄膜的路徑的話，步驟810便直接檢測(cè)和測(cè)量模腔表面上的表面誤差。在步驟810中所檢測(cè)的誤差通常表現(xiàn)為在薄膜或者模腔表面上的波狀起伏，其意味著偏離理想透鏡設(shè)計(jì)。步驟810也可以包括識(shí)別和區(qū)分誤差的步驟(例如為模腔的柱狀圖或表面映象)，其列出因其位置和形狀的誤差，并定義出理想脈沖圖樣，以校正各誤差。
一旦步驟810已經(jīng)測(cè)繪出薄膜或者模腔的表面上的誤差，步驟812便將激光定位在指定為當(dāng)前誤差的第一識(shí)別誤差上。在該實(shí)例中，表面誤差可以是在材料表面上的一個(gè)或多個(gè)鄰近的波狀起伏，在它們之間具有最小的路徑間隙。步驟814激勵(lì)激光器發(fā)射出至少一個(gè)短脈沖光束，其通過去除引起誤差的波狀起伏理想地校正當(dāng)前誤差。通常，可以施加各脈沖，并利用施加的多個(gè)脈沖去除表面誤差至理想深度。而且，如圖6A所示，進(jìn)行激光的激勵(lì)，以在發(fā)射至少一個(gè)短脈沖的同時(shí)可以依照預(yù)定算法沿預(yù)定路徑移動(dòng)激光，以便例如選擇地性產(chǎn)生的脈沖可以以10個(gè)或者更多為一組地疊加，以去除表面誤差。步驟816判定是否在薄膜或者模腔的表面上還存留有任何另外的誤差。如果存在另外的誤差，便指定下一個(gè)誤差為當(dāng)前誤差，控制返回到步驟812，將激光定位在當(dāng)前誤差上。步驟814理想地去除當(dāng)前誤差，轉(zhuǎn)移控制到步驟816。重復(fù)該過程，直到不再有另外的誤差存留在薄膜或者模腔上為止，轉(zhuǎn)移控制至“完成”狀態(tài)888，從而意味著已經(jīng)完成理想的高精度、激光精加工模具。在另一個(gè)實(shí)施例中，步驟812、814和816可被包括在步驟810中。在步驟810中，整個(gè)激光去除加工可以由算法來定義，其包括關(guān)于要求用于校正各表面誤差的脈沖個(gè)數(shù)、這些誤差的準(zhǔn)確位置和用于有效消除誤差的預(yù)定算法的信息。預(yù)定算法可以是激光移動(dòng)時(shí)序，其以最小的移動(dòng)次數(shù)使激光相對(duì)模具從第一誤差移動(dòng)到最后誤差，并用1至10或更多個(gè)疊加光脈沖理想地校正每個(gè)表面誤差。在另一實(shí)施例中，預(yù)定算法可以是激光脈沖時(shí)序，其中光學(xué)模具根據(jù)關(guān)于圖7的描述旋轉(zhuǎn)，并按脈沖時(shí)序激勵(lì)超快激光，以便理想地去除誤差。
如果沒有采用步驟804a在模腔上形成薄膜，則一旦模腔的精加工完成后就可以執(zhí)行該處理，并控制轉(zhuǎn)移到步驟888。在另一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)于高精密、激光校正的模具，可以理想地從步驟810執(zhí)行上述處理，其中薄膜形成于模腔上，步驟810-816理想地去除由于形成薄膜引起的任何誤差。
在本發(fā)明一可選實(shí)施例中，如圖9所示，提供光學(xué)透鏡91。光學(xué)透鏡91是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)處理形成的，因此與理想透鏡形狀具有不希望的偏差，該偏差為伸出光學(xué)透鏡91的表面而偏離理想透鏡形狀90的透鏡材料。在另一個(gè)實(shí)施例中，激光源(未示出)可以基于一個(gè)或多個(gè)與理想透鏡形狀90的偏差激勵(lì)，以產(chǎn)生激光束95并去除伸出光學(xué)透鏡表面而偏離理想透鏡形狀90的透鏡材料，從而校正該偏差并精加工光學(xué)透鏡91，以符合理想的透鏡形狀90。還希望至少基于其偏差在光學(xué)透鏡91上涂敷一層基本上吸收光的臨時(shí)涂層(圖9中未示出)，這里光吸收涂層可以理想地增加來自激光束95的脈沖光束的吸收能力。
圖10示出本發(fā)明的可選實(shí)施例的示范性制造方法的流程圖。在本實(shí)施例中，利用上述激光去除加工直接精加工光學(xué)透鏡，以理想地去除表示與理想透鏡形狀的偏差的表面誤差。步驟900提供光學(xué)透鏡。然后，步驟910檢測(cè)和測(cè)量光學(xué)透鏡的表面誤差，其中表面誤差可以是波狀起伏，表示與理想透鏡形狀的不希望的偏差。在該步驟中，盡管不是必要的，光學(xué)透鏡表面誤差可以涂敷基本上吸收光的臨時(shí)性膜，其可以用于理想地增加在去除加工中使用的激光束的吸收能力。
一旦步驟910測(cè)繪出光學(xué)透鏡表面上的誤差，步驟912便將激光定位在指定為當(dāng)前誤差的第一確定誤差上。步驟914激勵(lì)激光發(fā)射短脈沖光束，其理想地去除當(dāng)前誤差。激光激勵(lì)步驟可以與步驟814大致相同。步驟916判定是否在光學(xué)透鏡的表面上還存留有任何另外的誤差。如果存在另外的誤差，便指定下一個(gè)誤差為當(dāng)前誤差，控制返回到步驟912，將激光定位在當(dāng)前誤差上。步驟914理想地去除當(dāng)前誤差，轉(zhuǎn)移控制至步驟916。重復(fù)該過程，直到不再有另外的誤差存留在光學(xué)透鏡的表面上為止，轉(zhuǎn)移控制至“完成”狀態(tài)999，從而意味著已經(jīng)完成理想地高精度、激光精加工光學(xué)透鏡。在另一個(gè)實(shí)施例中，步驟912、914和916被包括在步驟910中。在步驟910中，完整的激光去除加工可以由算法來定義，包括關(guān)于要求用于校正各個(gè)表面誤差的脈沖個(gè)數(shù)、這些誤差精度和理想地去除誤差的預(yù)定算法的信息。預(yù)定算法可以是激光移動(dòng)時(shí)序，其使激光以最少的移動(dòng)次數(shù)從第一誤差移動(dòng)到最后誤差，并用1至10或更多個(gè)疊加的脈沖光理想地校正每個(gè)表面誤差。在一可選實(shí)施例中，預(yù)定算法可以是激光脈沖時(shí)序，其中光學(xué)模具根據(jù)關(guān)于圖7的描述旋轉(zhuǎn)，并按脈沖時(shí)序激勵(lì)超快激光，以便理想地去除誤差。
圖11示出了示范性激光加工系統(tǒng)的方塊圖，其可以使用本發(fā)明的示范性方法改進(jìn)裝置1128的高精度表面的形狀。該示范性系統(tǒng)通過去除偏離預(yù)定表面設(shè)計(jì)形狀的部分高精度表面的裝置材料，從而理想地改進(jìn)表面形狀。
該系統(tǒng)包括脈沖激光源1100，用于產(chǎn)生多個(gè)脈沖激光，其可以沿光路1101傳播。激光源1100可以是任意超快短脈激光器，例如飛秒激光器或者皮秒激光器。理想地，激光源可以包括典型地用作激光加工應(yīng)用的任何類型的固態(tài)增益介質(zhì)，例如Cr:YAG(峰值基波長(zhǎng)，λf＝1520nm)；Cr:鎂橄欖石(λf＝1230-1270nm)；Nd:YAG和Nd:YVO4(λf＝1064nm)；Nd:GdVO4(λf＝1063nm)；Nd:YLF(λf＝1047nm和1053nm)；Nd:玻璃(λf＝1047-1087nm)；Yb:YAG(λf＝1030nm)；Cr:LiSAF(λf＝826-876nm)；Ti:藍(lán)寶石(λf＝760-820nm)；和Pr:YLF(λf＝612nm)?？梢允褂脴?biāo)準(zhǔn)光學(xué)泵浦系統(tǒng)諸如閃光燈、摻鉺纖維激光器、和二極管激光器泵浦這些固態(tài)增益介質(zhì)，其輸出脈沖可以直接耦合到固態(tài)增益介質(zhì)中或者可以在用于注入固態(tài)增益介質(zhì)之前經(jīng)過諧波生成。固態(tài)增益介質(zhì)可以設(shè)置成操作如激光振蕩器；單通放大器；和/或多通放大器中的一個(gè)或多個(gè)。該元件還包括光學(xué)器件，用于大體上準(zhǔn)直激光。
激光源1100可以理想地產(chǎn)生近傅立葉變換極限脈沖。超快激光源可被期望產(chǎn)生出具有例如小于約1ns、典型地小于50ps的脈沖寬度的脈沖。超快短脈沖激光用于去除加工可以理想地避免模腔的熱變形，并通過剝離照射原子和電子、主要是蒸發(fā)掉毫微米至亞毫微米精度的波狀起伏而用于消除不理想的波狀起伏。
或者，激光源1100可以包括受激準(zhǔn)分子激光器系統(tǒng)(例如，XeCl，λf＝308nm；KrF，λf＝248nm；ArF，λf＝193nm；或F2，λf＝157nm)，染料激光器系統(tǒng)(如7-二乙基氨基-4-甲基香豆素，Af＝435-500nm；苯甲酸，2-[6-(乙基氨基)-3-(乙基亞氨基)-2，7-二甲基-3H-氧雜蒽-9-基]-乙酯，一氫氯化物，Af＝555-625nm；4-二氰基亞甲基-2-甲基-6-(對(duì)-二甲基氨基苯乙烯基)-4H-吡喃，Af＝598-710nm；或者2-(6-(4-二甲基氨基苯基)-2，4-新戊二烯-1，3，5-己三烯基)-3-甲基苯并噻唑高氯酸酯，Af＝785-900nm)，或者使用在激光加工應(yīng)用中的其它激光器系統(tǒng)。
每個(gè)脈沖激光理想地具有預(yù)定的峰值波長(zhǎng)。該峰值波長(zhǎng)取決于用在激光源1100中的激光振蕩器的增益介質(zhì)。此外，激光振蕩器1100可以產(chǎn)生具有基峰值波長(zhǎng)的初始脈沖激光，其長(zhǎng)于預(yù)定峰值波長(zhǎng)?？梢园ㄖC波發(fā)生晶體1102以根據(jù)由激光振蕩器產(chǎn)生的激光的初始脈沖，產(chǎn)生具有預(yù)定峰值波長(zhǎng)的脈沖激光。
激光的每個(gè)脈沖也希望具有等于或稍大于加工能級(jí)的脈沖能量。該加工能級(jí)取決于多個(gè)因素而定，例如在將被加工的高精度表面上的光斑的大小和每個(gè)脈沖可理想去除的材料深度。應(yīng)該指出，在機(jī)械加工過程中脈沖的理想脈沖能量可以變化。盡管由激光源1100產(chǎn)生的脈沖的脈沖能量可以直接加以調(diào)節(jié)，但這也可能導(dǎo)致峰值波長(zhǎng)、脈沖寬度、或者其它與激光脈沖有關(guān)的參數(shù)不希望地變化。因此，允許控制脈沖能量，可希望具有一個(gè)脈沖激光振蕩器，其產(chǎn)生具有等于最大理想脈沖能量的預(yù)定初始脈沖能量的脈沖激光。然后可以利用與處理器1130相連的用于控制脈沖激光的脈沖能量的可變衰減器1106控制這些初始脈沖的脈沖能量，即使當(dāng)加工能級(jí)變化時(shí)。
可變衰減器1106可以理想地精確控制脈沖能量，因而控制光束的積分通量?？勺兯p器1106理想地為偏振型可控可變衰減器，其可以承受與超快激光有關(guān)的峰值功率。例如布置在可控偏振旋轉(zhuǎn)件任意一側(cè)的一對(duì)線性偏振元件，例如波可爾斯盒、克爾盒或者液晶?；蛘撸潭ǖ木€性偏振元件和旋轉(zhuǎn)偏振元件可以用作可變衰減器1106。
激光的脈沖理想地由具有恒定重復(fù)率的脈沖激光源1100產(chǎn)生。重復(fù)率越高，激光加工系統(tǒng)的操作越快，但這也增加了占空度和激光源1100以及其它系統(tǒng)元件的熱擴(kuò)散。理想的重復(fù)率至少約為1KHz，不過20KHz或更大的高重復(fù)率也被預(yù)期。
盡管激光源1100理想地以恒定重復(fù)率操作，但它也可以理想地以非恒定的重復(fù)率對(duì)高精度表面進(jìn)行加工。因此，光閘1104與脈沖激光的光路1101對(duì)準(zhǔn)。理想地，光閘1104可以包括機(jī)械快門，以使1)在裝置1128重新對(duì)準(zhǔn)以加工高精度表面的其它部分的過程中光束被阻擋，或者2)當(dāng)裝置1128被移開時(shí)，另一個(gè)新的裝置安裝到五軸裝置支座1122上。應(yīng)該指出，機(jī)械斬波器(chopper)可用于減少通過光閘1104傳播照射到裝置1128的高精度表面上的脈沖的數(shù)量。
或者，光閘1104可以包括高速電光脈沖檢出器/拾取器(pulsepicker)。這種脈沖檢出器可理想地具有小于由激光源1100產(chǎn)生的脈沖激光的重復(fù)率的倒數(shù)的切換時(shí)間。該持續(xù)時(shí)間的切換可以允許來自由激光源1100產(chǎn)生的多個(gè)脈沖中的各脈沖可選擇地通過光閘1104或被光閘1104阻擋。該通過光閘1104的脈沖選擇性傳輸可以響應(yīng)來自處理器1130的信號(hào)。當(dāng)由在五軸裝置支座中的傳感器監(jiān)控時(shí)，基于在高精度表面上的光斑的位置，這些脈沖檢出信號(hào)可以由處理器1130產(chǎn)生。這些傳感器的操作在下文中詳細(xì)描述。
高速電光脈沖檢出器可以基于多種電光裝置中的一個(gè)，包括波克爾斯盒(Pockels cell)；馬赫-曾德(Mach-Zehnder)干涉儀；克爾盒(Kerrcell)；液晶；或者電吸收元件(electroabsorption cell)。超快激光的峰值功率可能對(duì)這些裝置的多種帶來問題，并導(dǎo)致困難，例如基于脈沖檢出器的電吸收元件中的高電流密度和基于脈沖檢出器的液晶中過量的熱。這些示例性的困難可以通過擴(kuò)大電吸收元件或者使用多個(gè)吸收脈沖能量的偏光層加以克服。對(duì)這些示范性高速電光脈沖檢出器、尤其是對(duì)從高重復(fù)率(＜20kHz)激光源中檢出脈沖而言，關(guān)于在透光狀態(tài)和遮光狀態(tài)之間的快速切換的潛在需要可以引起額外的困難。具有低感應(yīng)系數(shù)并可能包括使用多個(gè)可連續(xù)充放電的電容器的高速電路可以用于提供必要的電信號(hào)，以操作這些示范性高速電光脈沖檢出器。
當(dāng)這種高速電光脈沖檢出器用于從由激光源產(chǎn)生的周期脈沖中傳輸任意脈沖列的同時(shí)，也可以理想地使用高速電光脈沖檢出器來選擇性地傳輸每第n個(gè)脈沖(其中n是正整數(shù))，同時(shí)阻擋其它脈沖。這創(chuàng)建了一個(gè)有效的照射高精度表面的脈沖激光的重復(fù)率，其等于激光源的重復(fù)率除以n。例如，這對(duì)加工圓形對(duì)稱表面來說是特別理想的，其中當(dāng)光斑掃描半徑更小半徑的環(huán)時(shí)，較低的重復(fù)率可能是理想的。如上所述，理想的是，光斑在高精度表面上的掃描速率小于光斑的直徑乘以照射高精度表面的激光脈沖的有效重復(fù)率的一半，或優(yōu)選小于光斑直徑乘以有效重復(fù)率的十分之一，但是，較低的掃描速度可能導(dǎo)致從相同位置輻射的額外去除太多次。因而，在圓形對(duì)稱表面的中心附近，圓形掃描可能要求不合理的高轉(zhuǎn)速，除非降低重復(fù)率。處理器1130可以用于控制高速電光脈沖檢出器，以使重復(fù)率與距離圓形對(duì)稱高精度表面的中心的徑向距離相匹配，從而使心軸1124的轉(zhuǎn)速可以保持在理想的范圍內(nèi)。另一種避免在圓形對(duì)稱高精度表面的中心附近過量去除的方法是利用處理器1130控制光斑的直徑，以使光斑在高精度表面上的掃描速率小于光斑直徑乘以照射高精度表面的激光脈沖的有效重復(fù)率的一半。光斑直徑可以通過調(diào)節(jié)物鏡1120或者通過使用五軸裝置支座1122移動(dòng)裝置1128到物鏡1120的不同聚焦位置上加以控制。
圖11的示范性激光加工系統(tǒng)還可以包括與光路對(duì)準(zhǔn)的偏振控制構(gòu)件1110，以控制多個(gè)脈沖激光的偏振。偏振控制構(gòu)件可理想地控制脈沖激光的偏振，以使光斑中脈沖大體上被圓形偏振化，或者可以允許控制偏振，以允許各種橢圓偏振。
應(yīng)該指出，可變衰減器1106理想地產(chǎn)生在已知方向上線偏振的激光。這是因?yàn)榫€偏振光可理想地作為偏振控制構(gòu)件1110的入射光，例如，其可以包括1/4波片(可能可旋轉(zhuǎn))以及可以包括線性偏振旋轉(zhuǎn)器。盡管這種示范性偏振控制構(gòu)件使用線偏振輸入光，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，也可以使用具有其它偏振、對(duì)偏振控制系統(tǒng)的元件具有微小變化的偏振光，只要輸入光的偏振是已知的。也需要指出，可以增加固定的線性偏振器(未示出)。
線性偏振旋轉(zhuǎn)器、例如起到旋轉(zhuǎn)半波片的可控偏振旋轉(zhuǎn)件可用于可控制地將通過可變衰減器1106傳輸?shù)募す饷}沖的偏振方向轉(zhuǎn)動(dòng)到希望的角度。該線性偏振旋轉(zhuǎn)器理想地為半波片，其可以物理地旋轉(zhuǎn)，或者可以為電光器件，例如波克爾斯盒、克爾盒或者液晶，其可以基于所施加的電場(chǎng)以可控制的量旋轉(zhuǎn)光的偏振方向。然后可旋轉(zhuǎn)1/4波片，以改變脈沖激光的偏振至具有橢圓偏振。或者，可以單獨(dú)使用固定的1/4波片，以將脈沖激光的偏振轉(zhuǎn)變成圓偏振。
各種光學(xué)元件、例如轉(zhuǎn)向反射鏡1108和1118以及物鏡1120與光路對(duì)準(zhǔn)，以將脈沖激光引導(dǎo)和聚焦為裝置1128的高精度表面上的光斑。物鏡1120可以是在圖12A、12B和12C中示出的示范性多位置原位識(shí)別設(shè)備1200的一部分。
示范性多位置原位識(shí)別設(shè)備1200包括具有物鏡1120的多位置原位識(shí)別光閘1202和安裝在多位置原位識(shí)別光閘1202上的面向前光束對(duì)準(zhǔn)攝像機(jī)1204以及面向后光束品質(zhì)攝像機(jī)1206。面向前光束對(duì)準(zhǔn)攝像機(jī)1204理想的是具有足夠分辨率的CCD攝像機(jī)(CCD camera)，以通過激光的脈沖成像高精度表面上將被去除的特征，面向后光束品質(zhì)攝像機(jī)1206理想的是能夠提供脈沖的空間模型結(jié)構(gòu)的橫截面圖像的CCD攝像機(jī)。面向后光束品質(zhì)攝像機(jī)1206可以包括狹窄的帶通濾光器，以提高其空間模型結(jié)構(gòu)圖像的品質(zhì)。
在原位識(shí)別光閘1202中理想地是設(shè)計(jì)成可反復(fù)停止在特定位置的線性移動(dòng)臺(tái)。圖12A、12B和12C示出了示范性多位置原位識(shí)別設(shè)備1200的三個(gè)位置，即第一光閘位置(圖12A)、第二光閘位置(圖12B)、第三光閘位置(圖12C)。安裝在多位置原位識(shí)別光閘1202上的三個(gè)元件中的任何一個(gè)可以與這些位置之一的光路1101對(duì)準(zhǔn)。
圖12A示出了處于第一光閘位置的多位置原位識(shí)別光閘1202，其中物鏡1120與光路1101對(duì)準(zhǔn)，以將多個(gè)脈沖激光聚焦成光斑。
圖12B示出了處于第二光閘位置的原位識(shí)別光閘1202，其中當(dāng)多位置原位識(shí)別光閘處于第一光閘位置時(shí)，面向前光束對(duì)準(zhǔn)攝像機(jī)1204與光路1101共線對(duì)準(zhǔn)，以使其可以成像來自對(duì)應(yīng)于光斑位置的裝置的高精度表面上的去除區(qū)域的反射光1208。這允許面向前光束對(duì)準(zhǔn)攝像機(jī)1204產(chǎn)生與所照射區(qū)域匹配的對(duì)準(zhǔn)圖像。然后，處理器1130基于該對(duì)準(zhǔn)圖像確定初始光束對(duì)準(zhǔn)。該對(duì)準(zhǔn)信息允許處理器1130控制光閘1104和五軸裝置支座1122，以選擇高精度表面的特定區(qū)域，從而用激光脈沖照射。應(yīng)該指出，當(dāng)原位識(shí)別光閘1202處于第二光閘位置時(shí)，可能不希望脈沖沿光軸1101傳輸。當(dāng)原位識(shí)別裝置處于第二光閘位置時(shí)，如果脈沖沿光路1101傳輸，在與面向前光束對(duì)準(zhǔn)攝像機(jī)1204相反的原位識(shí)別光閘1202上可以提供光束擋板(未示出)，以防止損壞面向前光束對(duì)準(zhǔn)攝像機(jī)1204。
圖12C示出了處于第三光閘位置的原位識(shí)別光閘1202，其中面向后光束品質(zhì)攝像機(jī)與光路1101共線對(duì)準(zhǔn)，以使其可以成像激光脈沖的橫截面圖像，其被用來判定光束品質(zhì)。
應(yīng)該指出，物鏡1120、面向前光束對(duì)準(zhǔn)攝像機(jī)1204和面向后光束品質(zhì)攝像機(jī)1206可以理想地沿光閘平移線成行排列在多位置原位識(shí)別光閘1202上，如圖12A、12B和12C所示。在該示范性實(shí)施例中，多位置原位識(shí)別光閘1202通過沿光閘平移線平移在各裝置位置之間移動(dòng)。理想地，光閘平移線大致對(duì)準(zhǔn)垂直于光路1101和大致平行于裝置支座1120的θ轉(zhuǎn)臺(tái)1126的θ軸，如圖11所示。該方位允許θ轉(zhuǎn)臺(tái)1126最大的移動(dòng)范圍，且不會(huì)被多位置原位識(shí)別光閘1202阻擋?；蛘?，它們可以以圓弧形安裝和旋轉(zhuǎn)就位。
可以設(shè)想，多位置原位識(shí)別設(shè)備1200可包括XY透鏡平移臺(tái)(未示出)，其將物鏡1120連接到原位識(shí)別光閘1202上，當(dāng)處于第一光閘位置時(shí)，使光路1101的軸線與物鏡1120的中心對(duì)準(zhǔn)；XY攝像機(jī)平移臺(tái)(未示出)，其將面向前光束對(duì)準(zhǔn)攝像機(jī)1204連接到原位識(shí)別光閘1202上，當(dāng)處于第二光閘位置時(shí)，使光路1101的軸線與面向前光束對(duì)準(zhǔn)攝像機(jī)1204的中心對(duì)準(zhǔn)；XY攝像機(jī)平移臺(tái)(未示出)，其將面向后光束品質(zhì)攝像機(jī)1206連接到原位識(shí)別光閘1202上，當(dāng)處于第三光閘位置時(shí)，使光路1101的軸線與面向后光束品質(zhì)攝像機(jī)1206的中心對(duì)準(zhǔn)。
圖11的示范性激光加工系統(tǒng)還包括用于保持或可控制地移動(dòng)裝置1128的五軸裝置支座1122，以使光斑可以掃描整個(gè)高精度表面。五軸裝置支座1122可以布置成類似于圖7中示出上面詳細(xì)描述的示范性電動(dòng)設(shè)備700。五軸裝置支座1122理想地具有移動(dòng)臺(tái)，以沿五個(gè)軸控制裝置1128的移動(dòng)三維正交線性平移臺(tái)；θ旋轉(zhuǎn)臺(tái)1126，其可以與三維正交線性平移臺(tái)相連，以繞垂直于光路1101的θ軸旋轉(zhuǎn)該裝置；Ф旋轉(zhuǎn)臺(tái)1124，其與θ旋轉(zhuǎn)臺(tái)1126相連，以繞垂直于θ軸并隨θ旋轉(zhuǎn)臺(tái)1126旋轉(zhuǎn)而變化的Ф軸旋轉(zhuǎn)該裝置。在五軸裝置支座1122中還具有與Ф旋轉(zhuǎn)臺(tái)1124相連以保持裝置1128的支架(未示出)。
應(yīng)該指出，θ旋轉(zhuǎn)臺(tái)1126可以允許裝置1128旋轉(zhuǎn)大約180°的角度。該角度可以根據(jù)物鏡1120(或多位置原位識(shí)別設(shè)備1200)所需要的空間而減小。
在示范性實(shí)施例中，Ф旋轉(zhuǎn)臺(tái)1124可以是如圖11所示的心軸移動(dòng)臺(tái)。處理器1130可以控制心軸移動(dòng)臺(tái)以大致恒定的角速度繞Ф軸旋轉(zhuǎn)裝置1128。如上所述，恒定的角速度是理想的，以使得光斑在高精度表面上的掃描速率小于光斑的直徑乘以脈沖激光照射高精度表面的重復(fù)率的一半。
在本發(fā)明的另一示范性實(shí)施例中，三維正交線性平移臺(tái)中的每一個(gè)可以包括一線性位置傳感器，以檢測(cè)相應(yīng)的線性平移臺(tái)的線性位置，θ旋轉(zhuǎn)臺(tái)1126包括一與處理器電連接的θ位置傳感器，以檢測(cè)其θ位置；Ф旋轉(zhuǎn)臺(tái)1124包括與處理器電連接的Ф位置傳感器，以檢測(cè)其Ф位置。全部五個(gè)位置傳感器與處理器1130電連接。處理器1130可以基于預(yù)定的表面設(shè)計(jì)形狀確定光斑在高精度表面上的掃描位置、由三個(gè)線性位置傳感器所檢測(cè)的三個(gè)正交線性位置、由θ位置傳感器所檢測(cè)的θ位置，由Ф位置傳感器所檢測(cè)的Ф位置，且如果已經(jīng)測(cè)量的話，確定初始的光束對(duì)準(zhǔn)。處理器1130還可以根據(jù)該數(shù)據(jù)確定脈沖激光在高精度表面上的入射角。
包括一般用途的計(jì)算機(jī)、數(shù)字信號(hào)處理器、特殊用途的電路和/或應(yīng)用特定集成電路中的至少一個(gè)的處理器1130可以使用該信息來控制激光加工過程的多個(gè)參數(shù)。
處理器1130控制的示范性參數(shù)可以包括激光脈沖的脈沖能量，光斑的直徑，通過光閘1104傳輸?shù)拿}沖的脈沖列；被掃描的高精度表面部分；掃描速率；和激光脈沖的偏振。在一個(gè)示范性實(shí)施例中，處于加工能級(jí)的激光脈沖的脈沖能量和光斑的直徑使得每個(gè)激光脈沖從高精度表面上以一定的去除深度去除裝置材料。理想地，去除深度可以是約0.01μm至10μm。更小的去除深度可以改進(jìn)高精度表面的形狀成形精度，而更大的去除深度允許更快地去除大的表面誤差。處理器可以用于根據(jù)高精度表面與理想形狀的偏差減小去除深度。
光閘1104和五軸裝置支座1122可以協(xié)作控制，以主要使僅僅偏離預(yù)定表面設(shè)計(jì)形狀的部分高精度表面被激光脈沖照射。理想地，光閘1104包括高速電光脈沖檢出器，處理器1130可以控制，以使得當(dāng)掃描位置位于高精度表面的偏離預(yù)定表面設(shè)計(jì)形狀的部分之一上時(shí)，選擇性地傳輸單個(gè)脈沖或成組脈沖激光；以及當(dāng)掃描位置處于高精度表面的其它部分上時(shí)，阻擋脈沖。
在一個(gè)示范性實(shí)施例中，處理器1130可以用于控制五軸裝置支座1122的移動(dòng)臺(tái)，以當(dāng)光斑掃描偏離預(yù)定表面設(shè)計(jì)形狀的高精度表面部分時(shí)，保持脈沖在高精度表面上的入射角大致為0(即垂直于表面)。
在另一個(gè)實(shí)施例中，允許入射角變化，且處理器1130控制偏振控制構(gòu)件1110，以調(diào)節(jié)激光脈沖的偏振。激光脈沖的偏振可以加以調(diào)節(jié)，以便脈沖在光斑中被橢圓偏振，其中基于激光脈沖與高精度表面之間的入射角的選擇主偏振軸方向和偏振的橢圓率，以減少來自高精度表面的去除的受激伍德異常。
示范性激光加工系統(tǒng)還可以包括包圍裝置支座1122的輔助氣體室和/或輔助氣體噴射器，以將輔助氣體吹到高精度表面上。這種輔助氣體的使用在上述激光加工過程中可能是有用的。圖13示出了圍繞裝置支座1122和物鏡1120的示范性輔助氣體室1300以及輔助氣體噴射器1304。示范性輔助氣體室1300包括與光路1101對(duì)準(zhǔn)的透明窗1302，以透過激光脈沖。
圖14示出了用于短波長(zhǎng)光的示范性改進(jìn)型非球面透鏡1400。使用圖11的示范性系統(tǒng)和上面描述的方法可以形成改進(jìn)型非球面透鏡1400的高精度表面1402和1406。該示范性透鏡可以由諸如玻璃、藍(lán)寶石、塑料或者它們的組合的透鏡材料形成。非球面透鏡1400的兩個(gè)光折射表面1402和1406理想地具有與各自預(yù)定表面設(shè)計(jì)形狀(如虛線1404和1408所示)匹配的表面形狀，其最大偏差小于約1μm，理想地小于約0.1μm，優(yōu)選小于約0.05μm。這些偏差垂直于理想表面測(cè)量。圓圈1410示出了可能殘留于已完成示范性透鏡中的光折射表面1402和1406與各自的預(yù)定表面設(shè)計(jì)形狀的兩個(gè)示范性偏差。應(yīng)該指出，為了說明的目的，并沒有按比例繪制這些偏差。
示范性非球面透鏡可以通過直接加工透鏡材料以形成透鏡的兩個(gè)光折射表面而形成。或者，這種示范性透鏡可以用已經(jīng)加工的與理想物鏡表面匹配的壓模大量生產(chǎn)。現(xiàn)有技術(shù)的形成這些表面的方法、例如機(jī)械磨削或者切削該表面在上面已經(jīng)參考圖1A、1B和2進(jìn)行了描述。這些現(xiàn)有技術(shù)的方法在表面上留下偏離預(yù)定表面形狀的螺旋形刀具痕跡。此外，如上所述，在表面機(jī)械加工的過程中軸桿的振動(dòng)和其它問題可能導(dǎo)致其它較小的常規(guī)表面形狀偏差。這些刀具痕跡偏差的量值可能不希望地很大，例如，在100μm的量級(jí)。如額外的機(jī)械拋光加工那樣，細(xì)致的磨削或者切削表面可以減少這些刀具痕跡的量值，但將這些刀具痕跡減小至使表面形狀與表面設(shè)計(jì)形狀的最大偏差為0.2μm或者更小被證明是很困難的。在短波長(zhǎng)透鏡和形成這些透鏡的壓力模具的情況下，0.2μm的偏差、特別是周期性的圖案可能導(dǎo)致不希望的短波長(zhǎng)光的衍射和散射。
機(jī)械拋光和其它機(jī)械加工步驟可能導(dǎo)致除刀具痕跡外的其它機(jī)械加工痕跡。取決于執(zhí)行的機(jī)械加工和/或拋光加工的類型，這些其它機(jī)械加工痕跡可以包括刻痕、輻射狀痕跡和交叉陰影痕跡。本發(fā)明的示范性激光加工方法可減少所有這些不同機(jī)械加工痕跡，包括刀具痕跡。理想地，這些示范性激光加工方法至多留下偏離理想表面形狀小于約0.1μm、優(yōu)選小于約0.05μm的機(jī)械加工痕跡的跡線。
示范性非球面透鏡可能具有由材料缺陷和/或處理引起的其它偏差，這些偏差也可以利用本發(fā)明的示范性方法加以減少。
盡管所示兩個(gè)光折射表面1402和1406具有圖14中的球面形狀，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，非球面透鏡可以由僅僅一個(gè)非球面光折射表面形成。
圖15示出了一用于短波長(zhǎng)光的類似改進(jìn)型示范性非對(duì)稱透鏡1500。該示范性非對(duì)稱透鏡包括具有偏離預(yù)定非對(duì)稱表面設(shè)計(jì)形狀的偏差1514的頂部非對(duì)稱表面1502和底部平面1506。該示范性透鏡的非對(duì)稱性基于由線1508分開的第一透鏡部分1510的表面1502和第二透鏡部分1512的不同曲率。這產(chǎn)生具有不同焦距長(zhǎng)度的兩個(gè)透鏡區(qū)。該非對(duì)稱性已經(jīng)被選擇為僅僅用于簡(jiǎn)化說明，而并不意味著進(jìn)行限制。也可以形成其它非對(duì)稱透鏡表面，包括復(fù)合透鏡和多功能光學(xué)透鏡的表面。
如上面參考圖14所述，非對(duì)稱透鏡的表面可能具有由來自不同機(jī)械加工的機(jī)械加工痕跡引起的偏差，這些偏差可以利用本發(fā)明的示范性激光加工方法減少或消除。
圖16示出了一種用于短波長(zhǎng)非球面透鏡的改進(jìn)型壓力模具。盡管圖16所示的示范性壓力模具包括模具本體1600和釋放膜1602，但可以設(shè)想，可以省略釋放層1602，尤其是如果模具本體1600由具有優(yōu)良釋放(脫模)特性的材料形成的話。
形成模具本體1600的模具材料包括下列物質(zhì)中的至少一種碳化鎢；藍(lán)寶石；固態(tài)碳材料；Al2O3；Cr2O3；SiC；ZrO2；Si3N4；TiN；TiC；BN；Ni；Cr；Ti；W；Ta；Si；玻璃；包含TiN，TiC，Cr3C2和/或Al2O3的金屬陶瓷；和/或包括Ni，Cr，Ti，W，Ta或Si中的至少一種的合金。模具本體1600包括模具表面1604，其具有與預(yù)定的非球面設(shè)計(jì)形狀1606匹配的非球面模具表面形狀，其最大偏差小于約1μm，理想地小于0.1μm，優(yōu)選小于約0.05μm。圓圈1610示出了模具表面1604與預(yù)定的非球面設(shè)計(jì)形狀1606偏差。
如上面參考圖14和15所述，壓力模具的表面可能具有由來自不同機(jī)械加工的機(jī)械加工痕跡引起的偏差，這些偏差可以利用本發(fā)明的示范性激光加工方法減少或消除。
此外，需要指出，許多模具材料例如碳化鎢、鋼和固態(tài)碳材料不能用金剛石工具很好地加工。使用其它工具例如鎢車削頭和/或磨削砂輪而由這些材料粗加工出的壓力模具可能導(dǎo)致形成質(zhì)量差的表面形狀。另外，這些材料可能具有用于壓力模具的理想特性。在由這些材料形成的壓力模具中，與預(yù)定非球面設(shè)計(jì)形狀1606具有很大偏差的質(zhì)量差的表面可以用本發(fā)明的示范性激光加工方法之一進(jìn)行改進(jìn)，從而可以在高精度模具中使用這些模具材料。
釋放膜1602形成于模具本體1600的模具表面1604上，具有與模具表面1604相對(duì)的釋放表面1612。釋放膜1602可以由下列材料中一種或多種形成鎳、鈦、鈮、釩、鉬、鉑、鈀、銥、銠、鋨、釕、錸、鎢、鉭。
與模具表面1604相似，釋放膜1602具有與預(yù)定的非球面設(shè)計(jì)形狀1614匹配的非球面釋放表面形狀，釋放表面的最大偏差小于約1μm，理想地小于0.1μm，優(yōu)選小于約0.05μm。圓圈1616示出了釋放表面1602和預(yù)定非球面設(shè)計(jì)形狀1614之間的偏差。應(yīng)該指出，模具本體的預(yù)定非球面設(shè)計(jì)形狀1606和釋放膜的預(yù)定非球面設(shè)計(jì)形狀1614典型地是相同的。
可以設(shè)想，可以形成期望其表面設(shè)計(jì)形狀具有微米級(jí)精度的用于短波長(zhǎng)非對(duì)稱透鏡或多種微結(jié)構(gòu)的類似壓力模具。也可以設(shè)想，用于壓力模具的高精密釋放膜、例如釋放膜1602可以在品質(zhì)較低的模具本體上形成以及利用本發(fā)明的示范性激光加工方法之一改進(jìn)由釋放膜形成的形狀，以達(dá)到與預(yù)定表面設(shè)計(jì)形狀的理想匹配。
圖17示出了可能對(duì)高精密壓力模具設(shè)計(jì)很重要的另一問題。模具本體1600的加工導(dǎo)致在模具表面1604上產(chǎn)生損壞層1700。該損壞層是模具材料的一部分，其在模具表面的加工過程已經(jīng)改變。例如，該變化可以為模具材料的晶體結(jié)構(gòu)的變化、材料氧化、積累應(yīng)力和材料的變形或扭曲、材料重鑄等等。該損壞層可能由機(jī)械、化學(xué)、熱量、激光或其它表面加工引起。
該損壞層可能給壓力模具帶來許多問題。例如，如果損壞層1700是氧化層，釋放膜層便不可能很好地粘附到模具表面1604上。薄膜層可能粘住但不能夠承受擠壓成型時(shí)所必要的力，可能在使用過程中與模具表面脫離。如果在模具表面上沒有釋放膜層形成，損壞層1700便可能改變表面性能，可能粘接到被模制材料上，或者在擠壓成型加工過程中導(dǎo)致機(jī)械失敗。此外，壓力模具可能在使用過程中被加熱。在損壞層1700中累積的壓力或應(yīng)力可能通過加熱釋放以及使表面形狀變形。因此，希望盡量減小該層。表面的機(jī)械和/或化學(xué)加工可能導(dǎo)致更大的損壞層，可能達(dá)數(shù)微米厚。由于照射材料的熱影響區(qū)域周圍的材料的加熱，基于激光和其它輻射能量的加工方法可能產(chǎn)生損壞層。超快激光加工導(dǎo)致周圍材料的更少加熱，因此顯著件小了相關(guān)熱影響區(qū)域的尺寸。與其它加工方法相比，本發(fā)明的示范性激光加工方法可以加工出大大減少了損壞層的示范性壓力模具。例如，使用本發(fā)明的示范性超快激光加工方法可以產(chǎn)生10nm或更薄的損壞層。
盡管上面就精加工/精整透鏡模具或透鏡描述了本發(fā)明的多個(gè)示范性實(shí)施例，可以理解，這里描述的這些示范性系統(tǒng)和方法可以用于精加工形成于材料中或材料上的任何特征。
盡管在上面參考一些具體實(shí)施例進(jìn)行了說明和描述，但這并不意味著本發(fā)明局限于所示的細(xì)節(jié)。相反，在權(quán)利要求的等價(jià)范圍和不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可以對(duì)具體細(xì)節(jié)做出各種變化。
權(quán)利要求
1.一種改進(jìn)高精度表面的形狀的方法，包括以下步驟(a)提供在其至少一個(gè)面上具有初始形狀的材料；(b)測(cè)量所述高精度表面的初始形狀的誤差，該誤差是指與理想形狀的偏差；以及(c)通過選擇性地將來自激光器的光脈沖施加到所述誤差上來去除所述偏差，從而校正所述高精度表面的初始形狀的誤差。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述提供在其至少一個(gè)面上具有初始形狀的材料的步驟包括提供具有大致平面形狀的材料的步驟。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(b)中所測(cè)量的誤差包括一個(gè)或多個(gè)波狀起伏。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(b)中所測(cè)量的誤差包括機(jī)械加工痕跡。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(b)包括在所述高精度表面上使用激光干涉儀、白光干涉儀、線性可變位移傳感器、掃描探針顯微鏡、掃描隧道顯微鏡、原子力顯微鏡、近場(chǎng)掃描光學(xué)顯微鏡、或者剪力顯微鏡中的至少一個(gè)，以測(cè)量與所述理想形狀的偏差。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(b)包括基于所述初始形狀的誤差確定脈沖時(shí)序；以及步驟(c)包括沿預(yù)定路徑在所述表面的至少一個(gè)面上移動(dòng)光斑，并根據(jù)所述脈沖時(shí)序選擇性地允許光脈沖照射部分表面。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(b)包括基于所述初始形狀的誤差確定脈沖時(shí)序；以及步驟(c)包括移動(dòng)所述材料，以使所述至少一個(gè)面通過激光的光路，并根據(jù)所述脈沖時(shí)序選擇性地允許光脈沖照射部分表面。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述形狀為大致圓形對(duì)稱特征；以及步驟(c)包括以下步驟(c1)沿所述大致圓形對(duì)稱特征的周邊以順時(shí)針方向或者逆時(shí)針方向以一定的旋轉(zhuǎn)速率移動(dòng)所述激光的光斑；(c2)用所述光脈沖以選定的脈沖頻率沿所述特征的周邊照射所述高精度表面，以使得由連續(xù)施加的脈沖去除的去除區(qū)域的中心以預(yù)定的圓周距離隔開；(c3)重復(fù)步驟(c1)和(c2)，直到沿所述大致圓形對(duì)稱特征的周邊的所述誤差基本上被校正為止；(c4)以預(yù)定的徑向距離將所述激光的光斑徑向移動(dòng)到所述大致圓形對(duì)稱特征的更小周邊或更大周邊處；以及(c5)重復(fù)步驟(c1)、(c2)、(c3)和(c4)，直到所述初始形狀的誤差基本上被校正為止。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述形狀為大致圓形對(duì)稱特征；以及步驟(c)包括以下步驟(c1)移動(dòng)所述材料，以使得所述大致圓形對(duì)稱特征的周邊以順時(shí)針方向或者逆時(shí)針方向以一定的旋轉(zhuǎn)速率通過所述激光的光斑；(c2)允許所述激光以一定的脈沖頻率發(fā)出脈沖，以沿所述大致圓形對(duì)稱特征的周邊施加脈沖，其中由連續(xù)施加的脈沖去除的去除區(qū)域的中心以預(yù)定的圓周距離隔開；(c3)重復(fù)步驟(c1)和(c2)，直到沿所述大致圓形對(duì)稱特征的周邊的所述誤差基本上被校正為止；(c4)以預(yù)定的徑向距離將所述材料徑向移動(dòng)到所述大致圓形對(duì)稱特征的更小或更大周邊處；以及(c5)重復(fù)步驟(c1)、(c2)、(c3)和(c4)，直到所述初始形狀的誤差基本上被校正為止。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(c)包括在下列之一上保持來自激光器的光脈沖的預(yù)定入射角所述初始形狀；或者所述至少一個(gè)面。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(c)包括激勵(lì)所述激光器，以使得所產(chǎn)生的光脈沖具有小于或者等于1納秒的持續(xù)時(shí)間。
12.一種改進(jìn)高精度模具的形狀的方法，包括以下步驟(a)提供在其至少一個(gè)面上形成初始形狀的模具材料塊；(b)在所述該模具材料塊的至少一個(gè)面上形成薄膜層；(c)測(cè)量至少在所述初始形狀上形成的所述薄膜的表面的誤差，該誤差是指與理想模具形狀的偏差；以及(d)通過選擇性地將來自超快激光器的光脈沖施加到所述誤差上以去除所述偏差，從而校正所述薄膜表面的誤差。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于步驟(a)包括提供模具材料，其中所述初始形狀包括形成于所述至少一個(gè)面上的模腔，所述模具材料包括下列材料中的至少一個(gè)碳化鎢；藍(lán)寶石；固態(tài)碳物質(zhì)；Al2O3；Cr2O3；SiC；ZrO2；Si3N4；TiN；TiC；BN；Ni；Cr；Ti；W；Ta；Si；玻璃；包含TiN、TiC、Cr2O3或Al2O3中的至少一個(gè)的金屬陶瓷；包含Ni；Cr；Ti；W；Ta；Si中的至少一個(gè)的合金，以及步驟(b)包括施加包含鎳、鈦、鈮、釩、鉬、鉑、鈀、銥、銠、鋨、釕、錸、鎢和鉭中的至少一個(gè)的金屬或合金。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，在步驟(c)中所測(cè)量的誤差包括一個(gè)或多個(gè)波狀起伏。
15.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，在步驟(c)中所測(cè)量的誤差包括機(jī)械加工痕跡。
16.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述步驟(c)包括在所述高精度表面上使用激光干涉儀、白光干涉儀、線性可變位移傳感器、掃描探針顯微鏡、掃描隧道顯微鏡、原子力顯微鏡、近場(chǎng)掃描光學(xué)顯微鏡、或者剪力顯微鏡中的至少一個(gè)，以測(cè)量與理想形狀的偏差。
17.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于步驟(c)包括基于所述薄膜表面上的誤差確定脈沖時(shí)序；以及步驟(d)包括沿預(yù)定路徑在所述薄膜表面上移動(dòng)所述激光的光斑，并根據(jù)所述脈沖時(shí)序選擇性地允許脈沖光照射包含所述誤差的部分表面。
18.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于步驟(c)包括基于所述薄膜表面上的誤差確定脈沖時(shí)序；以及步驟(d)包括移動(dòng)所述模具材料塊，以使得至少在所述初始形狀上形成的所述薄膜表面通過所述激光的光路，并根據(jù)所述脈沖時(shí)序選擇性地允許光脈沖照射包含所述誤差的部分表面。
19.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于所述形狀為大致圓形對(duì)稱特征；以及步驟(d)包括以下步驟(d1)沿大致圓形對(duì)稱特征的周邊以順時(shí)針方向或者逆時(shí)針方向以一定的旋轉(zhuǎn)速率移動(dòng)所述激光的光斑；(d2)允許所述激光以一定的脈沖頻率發(fā)出脈沖，以沿所述大致圓形對(duì)稱特征的周邊施加脈沖，其中由連續(xù)施加的脈沖去除的去除區(qū)域的中心以預(yù)定的圓周距離隔開；(d3)重復(fù)步驟(d1)和(d2)，直到沿所述大致圓形對(duì)稱特征的周邊的所述誤差基本上被校正為止；(d4)以預(yù)定的徑向距離將所述激光徑向移動(dòng)到所述大致圓形對(duì)稱特征的更小和更大周邊之一處；以及(d5)重復(fù)步驟(d1)、(d2)、(d3)和(d4)，直到至少在所述初始形狀上形成的所述薄膜表面的誤差基本上被校正為止。
20.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于所述形狀為大致圓形對(duì)稱特征；以及步驟(d)包括以下步驟(d1)移動(dòng)所述模具材料塊，以使得沿所述大致圓形對(duì)稱特征的周邊以順時(shí)針方向或者逆時(shí)針方向以一定的旋轉(zhuǎn)速率通過所述激光的光斑；(d2)允許所述激光以一定的脈沖頻率發(fā)出脈沖，以沿所述大致圓形對(duì)稱特征的周邊施加脈沖，其中由連續(xù)施加的脈沖去除的去除區(qū)域的中心以預(yù)定的圓周距離隔開；(d3)重復(fù)步驟(d1)和(d2)，直到沿所述大致圓形對(duì)稱特征的周邊的所述誤差基本上被校正為止；(d4)以預(yù)定的徑向距離將所述模具材料塊徑向移動(dòng)到所述大致圓形對(duì)稱特征的更小和更大周邊之一處；以及(d5)重復(fù)步驟(d1)、(d2)、(d3)和(d4)，直到至少在所述初始形狀上形成的所述薄膜表面的誤差基本上被校正為止。
21.如權(quán)利要求19或20所述的方法，其特征在于，步驟(d)還包括下列步驟中的至少一個(gè)改變每個(gè)周邊處的脈沖頻率，以保持由連續(xù)施加的脈沖去除的去除區(qū)域的中心之間的預(yù)定圓周距離；或改變每個(gè)周邊處的光斑的的旋轉(zhuǎn)速率，以保持由連續(xù)施加的脈沖去除的去除區(qū)域的中心之間的預(yù)定圓周距離。
22.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，步驟(d)包括保持來自激光器的光脈沖和所述初始形狀、所述至少一個(gè)面或所述薄膜表面中的一個(gè)之間的預(yù)定入射角。
23.如權(quán)利要求1或12所述的方法，其特征在于，步驟(a)包括下列步驟中的至少一個(gè)將所述材料置于輔助氣體中，或?qū)⑺鲚o助氣體吹向所述材料的至少一個(gè)面上。
24.一種制造高精度透鏡的方法，包括以下步驟(a)提供具有初始透鏡形狀的透鏡；(b)測(cè)量所述透鏡表面的誤差，該誤差是指其與理想透鏡形狀的偏差；以及(c)通過選擇性地將來自超快激光器的光脈沖施加到所述誤差上以去除所述偏差，從而校正所述透鏡表面的誤差。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，所述步驟(b)包括在所述透鏡表面上使用激光干涉儀、白光干涉儀、線性可變位移傳感器、掃描探針顯微鏡、掃描隧道顯微鏡、原子力顯微鏡、近場(chǎng)掃描光學(xué)顯微鏡、或者剪力顯微鏡中的至少一個(gè)，以測(cè)量與理想透鏡形狀的偏差。
26.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于步驟(b)包括基于所述初始透鏡形狀的誤差確定脈沖時(shí)序；以及步驟(c)包括沿預(yù)定路徑在所述透鏡表面上移動(dòng)所述激光的光斑，并根據(jù)所述脈沖時(shí)序選擇性地允許光脈沖照射所述透鏡表面。
27.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于步驟(b)包括基于所述初始透鏡形狀的誤差確定脈沖時(shí)序；以及步驟(c)包括移動(dòng)所述透鏡，以使得所述透鏡表面通過所述激光的光路，并根據(jù)所述脈沖時(shí)序選擇性地允許光脈沖照射所述透鏡表面。
28.如權(quán)利權(quán)利要求6、7、17、18、26或27中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，確定所述脈沖時(shí)序，以便缺隙距離小于或等于由單個(gè)光脈沖去除的區(qū)域的長(zhǎng)度的一半。
29.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于所述理想透鏡形狀為大致圓形對(duì)稱特征；以及步驟(c)包括以下步驟(c1)沿大致圓形對(duì)稱特征的周邊以順時(shí)針方向或逆時(shí)針方向以一定的旋轉(zhuǎn)速率移動(dòng)所述激光的光斑；(c2)允許所述激光以一定的脈沖頻率發(fā)出脈沖，以沿所述大致圓形對(duì)稱特征的周邊施加脈沖，其中由連續(xù)施加的脈沖去除的去除區(qū)域的中心以預(yù)定的圓周距離隔開；(c3)重復(fù)步驟(c1)和(c2)，直到沿所述大致圓形對(duì)稱特征的周邊的所述誤差基本上被校正為止；(c4)以預(yù)定的徑向距離將所述激光徑向移動(dòng)到所述大致圓形對(duì)稱特征的更小或更大周邊處；以及(c5)重復(fù)步驟(c1)、(c2)、(c3)和(c4)，直到所述透鏡表面的誤差基本上被校正為止。
30.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于所述理想透鏡形狀為大致圓形對(duì)稱特征；以及步驟(c)包括以下步驟(c1)移動(dòng)所述透鏡，以使得沿所述大致圓形對(duì)稱特征的周邊以順時(shí)針方向或者逆時(shí)針方向以一定的旋轉(zhuǎn)速率通過所述激光的光斑；(c2)允許所述激光以一定的脈沖頻率發(fā)出脈沖，以沿所述大致圓形對(duì)稱特征的周邊施加脈沖，其中由連續(xù)施加的脈沖去除的去除區(qū)域的中心以預(yù)定的圓周距離隔開；(c3)重復(fù)步驟(c1)和(c2)，直到沿所述大致圓形對(duì)稱特征的周邊的所述誤差基本上被校正為止；(c4)以預(yù)定的徑向距離將所述透鏡徑向移動(dòng)到所述大致圓形對(duì)稱特征的更小或更大周邊處；以及(c5)重復(fù)步驟(c1)、(c2)、(c3)和(c4)，直到所述透鏡表面的誤差基本上被校正為止。
31.如權(quán)利權(quán)利要求8、9、29或30中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，步驟(c)還包括下列步驟中的至少一個(gè)改變每個(gè)周邊處的脈沖頻率，以保持由連續(xù)施加的脈沖去除的去除區(qū)域的中心之間的預(yù)定圓周距離；或改變每個(gè)周邊處的光斑的旋轉(zhuǎn)速率，以保持由連續(xù)施加的脈沖去除的去除區(qū)域的中心之間的預(yù)定圓周距離。
32.如權(quán)利權(quán)利要求8、9、19、20、29或30中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述預(yù)定圓周距離小于或等于去除區(qū)域的直徑的一半。
33.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，步驟(c)包括保持所述來自激光器的光脈沖和所述初始透鏡形狀之間的預(yù)定入射角。
34.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，步驟(a)包括下列步驟中的至少一個(gè)將所述透鏡置于輔助氣體中，或?qū)⑺鲚o助氣體吹向所述透鏡表面。
35.如權(quán)利要求23或34所述的方法，其特征在于，步驟(c)包括選擇性地施加來自激光器的光脈沖，以在所述誤差上化學(xué)激活所述輔助氣體，從而去除所述偏差。
36.如權(quán)利要求23或34所述的方法，其特征在于，所述輔助氣體包括N2、Ar、O2、空氣、CF4、Cl、H2或SF6中的至少一個(gè)。
37.一種激光加工系統(tǒng)，用于通過從部分高精度表面上去除偏離預(yù)定表面設(shè)計(jì)形狀的裝置材料來改進(jìn)裝置的高精度表面形狀，包括脈沖激光源，用于產(chǎn)生多個(gè)激光脈沖，每個(gè)激光脈沖具有預(yù)定的峰值波長(zhǎng)、等于加工能級(jí)的脈沖能量、以及小于約1ns的預(yù)定脈沖寬度；光閘，其與多個(gè)激光脈沖的光路對(duì)準(zhǔn)；光學(xué)器件，其與所述光路對(duì)準(zhǔn)，以將所述多個(gè)激光脈沖聚焦成光斑；裝置支座，其保持和可控制地移動(dòng)所述裝置，以使得所述光斑掃描所述裝置的高精度表面，所述裝置支座包括三維正交線性平移臺(tái)；θ旋轉(zhuǎn)臺(tái)，其與所述三維正交線性平移臺(tái)相連，以繞垂直于在所述光斑處的多個(gè)脈沖激光的傳播方向的θ軸旋轉(zhuǎn)所述裝置，所述θ旋轉(zhuǎn)臺(tái)允許所述裝置旋轉(zhuǎn)大致180°的角度；Φ旋轉(zhuǎn)臺(tái)，其與所述θ旋轉(zhuǎn)臺(tái)相連，以繞垂直于所述θ軸的Φ軸旋轉(zhuǎn)所述裝置，所述Φ軸隨著所述θ旋轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)而變化；以及支架，其與所述Φ旋轉(zhuǎn)臺(tái)相連，以用于保持所述裝置；以及處理器，其用于控制所述對(duì)應(yīng)于加工能級(jí)的多個(gè)脈沖激光的脈沖能量和所述光斑的直徑，以使得每個(gè)脈沖激光從所述高精度表面上去除一定去除深度的裝置材料；以及所述光閘和所述裝置支座，以使得偏離所述預(yù)定表面設(shè)計(jì)形狀的部分高精度表面被所述多個(gè)激光脈沖照射。
38.如權(quán)利要求37所述的激光加工系統(tǒng)，其特征在于，所述脈沖激光源包括脈沖激光振蕩器，用于產(chǎn)生具有基本峰值波長(zhǎng)的多個(gè)初始激光脈沖，所述基本峰值波長(zhǎng)大于所述預(yù)定峰值波長(zhǎng)；以及諧波發(fā)生晶體，用于從所述多個(gè)初始脈沖激光產(chǎn)生所述多個(gè)激光脈沖。
39.如權(quán)利要求37所述的激光加工系統(tǒng)，其特征在于，所述脈沖激光源包括脈沖激光振蕩器，用于產(chǎn)生具有預(yù)定初始脈沖能量的多個(gè)初始激光脈沖；以及衰減器，其與所述處理器相連，用于將所述多個(gè)脈沖激光的脈沖能量控制在加工能級(jí)。
40.如權(quán)利要求37所述的激光加工系統(tǒng)，其特征在于，所述脈沖激光源包括下列至少之一CrYAG固態(tài)激光振蕩器；Cr鎂橄欖石固態(tài)激光振蕩器；NdYAG固態(tài)激光振蕩器；NdYVO4固態(tài)激光振蕩器；NdGdVO4固態(tài)激光振蕩器；NdYLF固態(tài)激光振蕩器；Nd玻璃固態(tài)激光振蕩器；YbYAG固態(tài)激光振蕩器；CrLiSAF固態(tài)激光振蕩器；Ti藍(lán)寶石固態(tài)激光振蕩器；PrYLF固態(tài)激光振蕩器；XeCI受激準(zhǔn)分子激光器；KrF受激準(zhǔn)分子激光器；ArF受激準(zhǔn)分子激光器；F2受激準(zhǔn)分子激光器7-二乙基氨基-4-甲基香豆素染料激光振蕩器；苯甲酸，2-[6-(乙基氨基)-3-(乙基亞氨基)-2，7-二甲基-3H-氧雜蒽-9-基]-乙酯，一氫氯化物染料激光振蕩器；4-二氰基亞甲基-2-甲基-6-(對(duì)-二甲基氨基苯乙烯基)-4H-吡喃染料激光振蕩器；或2-(6-(4-二甲基氨基苯基)-2，4-新戊二烯-1，3，5-己三烯基)-3-甲基苯并噻唑高氯酸酯染料激光振蕩器。
41.如權(quán)利要求37所述的激光加工系統(tǒng)，其特征在于，所述脈沖激光源的預(yù)定脈沖的寬度小于約50皮秒。
42.如權(quán)利要求37所述的激光加工系統(tǒng)，其特征在于，所述脈沖激光源產(chǎn)生具有至少約1kHz的重復(fù)率的多個(gè)激光脈沖。
43.如權(quán)利要求42所述的激光加工系統(tǒng)，其特征在于，所述多個(gè)激光脈沖的重復(fù)率至少為約20kHz。
44.如權(quán)利要求42所述的激光加工系統(tǒng)，其特征在于，所述光閘包括高速電光脈沖檢出器，其具有小于所述多個(gè)激光脈沖的重復(fù)率的倒數(shù)的切換時(shí)間，從而響應(yīng)于所述處理器允許所述多個(gè)激光脈沖中的單個(gè)脈沖可選擇地通過光閘或被光閘阻擋。
45.如權(quán)利要求44所述的激光加工系統(tǒng)，其特征在于，所述高速電光脈沖檢出器為下列之一波克爾斯盒脈沖檢出器；馬赫-曾德脈沖檢出器；克爾盒脈沖檢出器；液晶脈沖檢出器；或電吸收脈沖檢出器。
46.如權(quán)利要求44所述的激光加工系統(tǒng)，其特征在于，所述處理器控制所述高速電光脈沖檢出器，以選擇地傳輸所述多個(gè)脈沖激光中的每第n個(gè)脈沖，其中n是正整數(shù)；以及阻擋所述多個(gè)脈沖激光中的其它脈沖；因而等于所述重復(fù)率除以n的有效重復(fù)率的激光脈沖照射所述高精度表面。
47.如權(quán)利要求46所述的激光加工系統(tǒng)，其特征在于，所述處理器控制所述裝置支座，以使得光斑在所述裝置的高精度表面上的掃描速率小于光斑直徑乘以脈沖激光照射所述高精度表面的有效重復(fù)率的一半。
48.如權(quán)利要求46所述的激光加工系統(tǒng)，其特征在于，所述處理器控制所述裝置支座，以使得光斑在所述裝置的高精度表面上的掃描速率小于光斑直徑乘以脈沖激光照射所述高精度表面的有效重復(fù)率的十分之一。
49.如權(quán)利要求44所述的激光加工系統(tǒng)，其特征在于所述裝置支座的三維正交線性平移臺(tái)中的每一個(gè)包括與所述處理器電連接的線性位置傳感器，以檢測(cè)相應(yīng)的線性平移臺(tái)的線性位置；所述裝置支座的θ旋轉(zhuǎn)臺(tái)包括與所述處理器電連接的θ位置傳感器，以檢測(cè)所述θ旋轉(zhuǎn)臺(tái)的θ位置；所述裝置支座的Φ旋轉(zhuǎn)臺(tái)包括與所述處理器電連接的Φ位置傳感器，以檢測(cè)所述Φ旋轉(zhuǎn)臺(tái)的Φ位置；所述處理器基于所述預(yù)定表面設(shè)計(jì)形狀、由所述三個(gè)線性位置傳感器所檢測(cè)的三個(gè)正交線性位置、由所述θ位置傳感器所檢測(cè)的θ位置、和由所述Φ位置傳感器所檢測(cè)的Φ位置確定所述光斑在所述裝置的高精度表面上的掃描位置；以及所述處理器控制所述高速電光脈沖檢出器，以當(dāng)所述掃描位置位于所述高精度表面的偏離所述預(yù)定表面設(shè)計(jì)形狀的一部分上時(shí)，選擇性地傳輸所述多個(gè)激光脈沖的脈沖；以及當(dāng)所述掃描位置位于所述高精度表面的其它部分上時(shí)，阻擋所述多個(gè)激光脈沖的脈沖。
50.如權(quán)利要求42所述的激光加工系統(tǒng)，其特征在于，所述處理器控制所述裝置支座，以使得光斑在所述裝置的高精度表面上的掃描速率小于光斑直徑乘以所述重復(fù)率的一半。
51.如權(quán)利要求42所述的激光加工系統(tǒng)，其特征在于，所述處理器控制所述裝置支座，以使得光斑在所述裝置的高精度表面上的掃描速率小于光斑直徑乘以所述重復(fù)率的十分之一。
52.如權(quán)利要求37所述的激光加工系統(tǒng)，其特征在于所述光學(xué)器件包括多位置原位識(shí)別光閘、安裝在所述多位置原位識(shí)別光閘上的物鏡和安裝在所述多位置原位識(shí)別光閘上的面向前光束對(duì)準(zhǔn)攝像機(jī)；所述多位置原位識(shí)別光閘這樣布置，以使得在一第一光閘位置上，所述物鏡與所述光路對(duì)準(zhǔn)，以將所述多個(gè)激光脈沖聚焦成所述光斑；以及在一第二光閘位置上，所述面向前光束對(duì)準(zhǔn)攝像機(jī)與所述光路共線對(duì)準(zhǔn)到所述光路上，并對(duì)應(yīng)于當(dāng)所述多位置原位識(shí)別光閘位于所述第一光閘位置上時(shí)所述光斑的位置成像所述裝置的高精度表面上的去除區(qū)域，以產(chǎn)生一對(duì)準(zhǔn)圖像；以及所述處理器基于所述對(duì)準(zhǔn)圖像確定初始的光束對(duì)準(zhǔn)，并控制所述光閘和裝置支座，以利用所述初始光束對(duì)準(zhǔn)通過所述多個(gè)激光脈沖照射所述高精度表面的區(qū)域。
53.如權(quán)利要求52所述的激光加工系統(tǒng)，其特征在于所述物鏡和所述面向前光束對(duì)準(zhǔn)攝像機(jī)沿一光閘平移線安裝在所述多位置原位識(shí)別光閘上，所述光閘平移線大致平行于所述裝置支座的θ旋轉(zhuǎn)臺(tái)的θ軸，并大致垂直于所述光斑處的所述多個(gè)激光脈沖的傳播方向；以及通過沿所述光閘平移線移動(dòng)，所述多位置原位識(shí)別光閘在所述第一光閘位置和所述第二光閘位置之間移動(dòng)。
54.如權(quán)利要求52所述的激光加工系統(tǒng)，其特征在于所述光學(xué)器件還包括安裝在所述多位置原位識(shí)別光閘上的面向后光束品質(zhì)攝像機(jī)；以及所述多位置原位識(shí)別光閘這樣布置，以使得在第三光閘位置上，所述面向后光束品質(zhì)攝像機(jī)與所述光路共線對(duì)準(zhǔn)至所述光路上，并成像所述多個(gè)激光脈沖中的至少一個(gè)的橫截面，以獲得光束品質(zhì)的測(cè)量。
55.如權(quán)利要求54所述的激光加工系統(tǒng)，其特征在于所述面向后光束品質(zhì)攝像機(jī)沿所述光閘平移線安裝在所述多位置原位識(shí)別光閘上；以及通過沿所述光閘平移線移動(dòng)，所述多位置原位識(shí)別光閘在第一光閘位置、第二光閘位置、第三光閘位置之間移動(dòng)。
56.如權(quán)利要求52所述的激光加工系統(tǒng)，其特征在于所述裝置支座的三維正交線性平移臺(tái)中的每一個(gè)包括與所述處理器電連接的線性位置傳感器，以檢測(cè)相應(yīng)的線性平移臺(tái)的線性位置；所述裝置支座的θ旋轉(zhuǎn)臺(tái)包括與所述處理器電連接的θ位置傳感器，以檢測(cè)所述θ旋轉(zhuǎn)臺(tái)的θ位置；所述裝置支座的Φ旋轉(zhuǎn)臺(tái)包括與所述處理器電連接的Φ位置傳感器，以檢測(cè)所述Φ旋轉(zhuǎn)臺(tái)的Φ位置；所述處理器基于所述預(yù)定表面設(shè)計(jì)形狀、初始光束對(duì)準(zhǔn)、由所述三個(gè)線性位置傳感器所檢測(cè)的三個(gè)正交線性位置、由所述θ位置傳感器所檢測(cè)的θ位置和由所述Φ位置傳感器所檢測(cè)的Φ位置確定所述光斑在所述裝置的高精度表面上的掃描位置；所述處理器控制所述裝置支座，以使得在偏離所述預(yù)定表面設(shè)計(jì)形狀的所述高精度表面部分上掃描光斑；以及所述處理器控制所述光閘，以在所述掃描位置位于偏離所述預(yù)定表面設(shè)計(jì)形狀的所述高精度表面的一部分上時(shí)，傳輸所述多個(gè)激光脈沖的脈沖。
57.如權(quán)利要求37或52所述的激光加工系統(tǒng)，其特征在于，還包括與所述光路對(duì)準(zhǔn)的偏振控制構(gòu)件，以控制所述多個(gè)激光脈沖的偏振。
58.如權(quán)利要求57所述的激光加工系統(tǒng)，其特征在于，所述偏振控制構(gòu)件控制所述多個(gè)激光脈沖的偏振，以使得所述脈沖在所述光斑中大體圓偏振化。
59.如權(quán)利要求57所述的激光加工系統(tǒng)，其特征在于所述裝置支座的三維正交線性平移臺(tái)中的每一個(gè)包括與所述處理器電連接的線性位置傳感器，以檢測(cè)相應(yīng)的線性平移臺(tái)的線性位置；所述裝置支座的θ旋轉(zhuǎn)臺(tái)包括與所述處理器電連接的θ位置傳感器，以檢測(cè)所述θ旋轉(zhuǎn)臺(tái)的θ位置；所述裝置支座的Φ旋轉(zhuǎn)臺(tái)包括與所述處理器電連接的Φ位置傳感器，以檢測(cè)所述Φ旋轉(zhuǎn)臺(tái)的Φ位置；所述處理器基于所述預(yù)定表面設(shè)計(jì)形狀、由所述三個(gè)線性位置傳感器所檢測(cè)的三個(gè)正交線性位置、由所述θ位置傳感器所檢測(cè)的θ位置和由所述Φ位置傳感器所檢測(cè)的Φ位置確定所述激光脈沖與所述高精度表面之間的入射角；以及，所述處理器進(jìn)一步控制所述偏振控制構(gòu)件，以調(diào)節(jié)所述多個(gè)激光脈沖的偏振，從而使得所述脈沖在所述光斑中被橢圓偏振化，其中基于所述激光脈沖與所述高精度表面之間的入射角選擇主偏振軸方向和偏振的橢圓率，以減少來自所述高精度表面的去除的受激伍德異常。
60.如權(quán)利要求57所述的激光加工系統(tǒng)，其特征在于所述裝置支座的三維正交線性平移臺(tái)中的每一個(gè)包括與所述處理器電連接的線性位置傳感器，以檢測(cè)相應(yīng)的線性平移臺(tái)的線性位置；所述裝置支座的θ旋轉(zhuǎn)臺(tái)包括與所述處理器電連接的θ位置傳感器，以檢測(cè)所述θ旋轉(zhuǎn)臺(tái)的θ位置；所述裝置支座的Φ旋轉(zhuǎn)臺(tái)包括與所述處理器電連接的Φ位置傳感器，以檢測(cè)所述Φ旋轉(zhuǎn)臺(tái)的Φ位置；所述處理器基于所述預(yù)定表面設(shè)計(jì)形狀、初始光束對(duì)準(zhǔn)、由所述三個(gè)線性位置傳感器所檢測(cè)的三個(gè)正交線性位置、由所述θ位置傳感器所檢測(cè)的θ位置和由所述Φ位置傳感器所檢測(cè)的Φ位置確定所述激光的脈沖與所述高精度表面之間的入射角；以及所述處理器進(jìn)一步控制所述偏振控制構(gòu)件，以調(diào)節(jié)所述多個(gè)激光脈沖的偏振，從而使得所述脈沖在所述光斑中被橢圓偏振化，其中基于所述激光脈沖與所述高精度表面之間的入射角選擇主偏振軸方向和偏振的橢圓率，以減少來自所述高精度表面的去除的受激伍德異常。
61.如權(quán)利要求52所述的激光加工系統(tǒng)，其特征在于所述裝置支座的三維正交線性平移臺(tái)中的每一個(gè)包括與所述處理器電連接的線性位置傳感器，以檢測(cè)相應(yīng)的線性平移臺(tái)的線性位置；所述裝置支座的θ旋轉(zhuǎn)臺(tái)包括與所述處理器電連接的θ位置傳感器，以檢測(cè)所述θ旋轉(zhuǎn)臺(tái)的θ位置；所述裝置支座的Φ旋轉(zhuǎn)臺(tái)包括與所述處理器電連接的Φ位置傳感器，以檢測(cè)所述Φ旋轉(zhuǎn)臺(tái)的Φ位置；所述處理器基于所述預(yù)定表面設(shè)計(jì)形狀、初始光束對(duì)準(zhǔn)、由所述三個(gè)線性位置傳感器所檢測(cè)的三個(gè)正交線性位置、由所述θ位置傳感器所檢測(cè)的θ位置和由所述Φ位置傳感器所檢測(cè)的Φ位置確定所述激光脈沖與所述高精度表面之間的入射角；以及所述處理器控制所述裝置支座，以在所述光斑掃描偏離所述預(yù)定表面設(shè)計(jì)形狀的高精度表面部分時(shí)保持所述入射角基本為0度。
62.如權(quán)利要求37所述的激光加工系統(tǒng)，其特征在于所述裝置支座的三維正交線性平移臺(tái)中的每一個(gè)包括與所述處理器電連接的線性位置傳感器，以檢測(cè)相應(yīng)的線性平移臺(tái)的線性位置；所述裝置支座的θ旋轉(zhuǎn)臺(tái)包括與所述處理器電連接的θ位置傳感器，以檢測(cè)所述θ旋轉(zhuǎn)臺(tái)的θ位置；所述裝置支座的Φ旋轉(zhuǎn)臺(tái)包括與所述處理器電連接的Φ位置傳感器，以檢測(cè)所述Φ旋轉(zhuǎn)臺(tái)的Φ位置；所述處理器基于所述預(yù)定表面設(shè)計(jì)形狀、由所述三個(gè)線性位置傳感器所檢測(cè)的三個(gè)正交線性位置、由所述θ位置傳感器所檢測(cè)的θ位置和由所述Φ位置傳感器所檢測(cè)的Φ位置確定所述光斑在所述裝置的高精度表面上的掃描位置；所述處理器控制所述裝置支座，以在偏離所述預(yù)定表面設(shè)計(jì)形狀的所述高精度表面部分上掃描光斑；以及所述處理器控制所述光閘，以當(dāng)所述掃描位置位于偏離所述預(yù)定表面設(shè)計(jì)形狀的所述高精度表面的一部分上時(shí)，選擇性地傳輸所述多個(gè)激光脈沖的脈沖。
63.如權(quán)利要求37所述的激光加工系統(tǒng)，其特征在于所述裝置支座的三維正交線性平移臺(tái)中的每一個(gè)包括與所述處理器電連接的線性位置傳感器，以檢測(cè)相應(yīng)的線性平移臺(tái)的線性位置；所述裝置支座的θ旋轉(zhuǎn)臺(tái)包括與所述處理器電連接的θ位置傳感器，以檢測(cè)所述θ旋轉(zhuǎn)臺(tái)的θ位置；所述裝置支座的Φ旋轉(zhuǎn)臺(tái)包括與所述處理器電連接的Φ位置傳感器，以檢測(cè)所述Φ旋轉(zhuǎn)臺(tái)的Φ位置；所述處理器基于所述預(yù)定表面設(shè)計(jì)形狀、由所述三個(gè)線性位置傳感器所檢測(cè)的三個(gè)正交線性位置、由所述θ位置傳感器所檢測(cè)的θ位置和由所述Φ位置傳感器所檢測(cè)的Φ位置確定所述激光脈沖與所述高精度表面之間的入射角；以及所述處理器控制所述裝置支座，以在所述光斑掃描偏離所述預(yù)定表面設(shè)計(jì)形狀的高精度表面部分時(shí)保持所述入射角基本為0度。
64.如權(quán)利要求37所述的激光加工系統(tǒng)，其特征在于所述裝置支座的Φ旋轉(zhuǎn)臺(tái)為一心軸移動(dòng)臺(tái)；以及所述處理器控制所述心軸移動(dòng)臺(tái)以大致恒定的角速度繞所述Φ軸旋轉(zhuǎn)所述裝置，所述恒定的角速度這樣設(shè)定，以使得所述光斑在所述高精度表面上的掃描速率小于所述光斑的直徑乘以激光脈沖照射高精度表面的重復(fù)率的一半。
65.如權(quán)利要求37所述的激光加工系統(tǒng)，其特征在于，所述處理器包括下列至少之一一般用途的計(jì)算機(jī)；數(shù)字信號(hào)處理器；特殊用途的電路；或應(yīng)用特定的集成電路。
66.如權(quán)利要求37所述的激光加工系統(tǒng)，其特征在于，所述處理器控制所述多個(gè)激光脈沖的脈沖能量和所述光斑的直徑，以使得所述去除深度在0.01微米至10微米的范圍內(nèi)。
67.如權(quán)利要求37所述的激光加工系統(tǒng)，其特征在于，還包括包圍所述裝置支座的輔助氣體室。
68.如權(quán)利要求67所述的激光加工系統(tǒng)，其特征在于，所述輔助氣體室包括一透明窗，以用于傳輸所述多個(gè)激光脈沖。
69.如權(quán)利要求67所述的激光加工系統(tǒng)，其特征在于，所述輔助氣體室包括一輔助氣體噴射器，以用于將輔助氣體吹向所述高精度表面。
70.如權(quán)利要求37所述的激光加工系統(tǒng)，其特征在于，還包括一輔助氣體噴射器，以用于將輔助氣體吹向所述高精度表面。
71.一種用于激光加工系統(tǒng)的多位置原位識(shí)別設(shè)備，所述多位置原位識(shí)別設(shè)備包括多位置原位識(shí)別光閘；安裝在所述多位置原位識(shí)別光閘上的物鏡；安裝在所述多位置原位識(shí)別光閘上的面向前光束對(duì)準(zhǔn)攝像機(jī)；其中，所述多位置原位識(shí)別光閘這樣布置，以使得在一第一光閘位置上，所述物鏡與所述激光加工系統(tǒng)的光路對(duì)準(zhǔn)，以將所述激光加工系統(tǒng)的激光聚焦成一表面上的光斑；以及在一第二光閘位置上，所述面向前光束對(duì)準(zhǔn)攝像機(jī)與所述光路共線對(duì)準(zhǔn)到所述光路上，并對(duì)應(yīng)于當(dāng)所述多位置原位識(shí)別光閘位于所述第一光閘位置時(shí)所述光斑的位置成像所述裝置的表面，以產(chǎn)生一對(duì)準(zhǔn)圖像，從而確定所述表面上的激光加工系統(tǒng)的初始光束對(duì)準(zhǔn)。
72.如權(quán)利要求71所述的多位置原位識(shí)別設(shè)備，其特征在于所述物鏡和所述面向前光束對(duì)準(zhǔn)攝像機(jī)沿一光閘平移線安裝在所述多位置原位識(shí)別光閘上，所述光閘平移線大致垂直于光路的軸線；以及通過沿所述光閘平移線平移，所述多位置原位識(shí)別光閘在所述第一光閘位置和所述第二光閘位置之間移動(dòng)。
73.如權(quán)利要求71所述的多位置原位識(shí)別設(shè)備，其特征在于，還包括安裝在所述多位置原位識(shí)別光閘上的面向后光束品質(zhì)攝像機(jī)；其中，所述多位置原位識(shí)別光閘這樣布置，以使得在一第三光閘位置上，所述面向后光束品質(zhì)攝像機(jī)與所述光路共線對(duì)準(zhǔn)，并成像所述多個(gè)激光脈沖的橫截面，以確定光束品質(zhì)。
74.如權(quán)利要求73所述的多位置原位識(shí)別設(shè)備，其特征在于所述面向后光束品質(zhì)攝像機(jī)沿所述光閘平移線安裝在所述多位置原位識(shí)別光閘上；以及通過沿所述光閘平移線平移，所述多位置原位識(shí)別光閘在所述第一光閘位置、第二光閘位置和第三光閘位置之間移動(dòng)。
75.如權(quán)利要求71所述的多位置原位識(shí)別設(shè)備，其特征在于所述物鏡包括一XY透鏡平移臺(tái)，當(dāng)所述多位置原位識(shí)別光閘位于所述第一光閘位置上時(shí)，使所述光路的軸線與所述物鏡的中心對(duì)準(zhǔn)。
76.如權(quán)利要求75所述的多位置原位識(shí)別設(shè)備，其特征在于所述面向前光束對(duì)準(zhǔn)攝像機(jī)包括一XY攝像機(jī)平移臺(tái)，當(dāng)所述多位置原位識(shí)別光閘位于所述第二光閘位置上時(shí)，使所述光路的軸線與所述面向前光束對(duì)準(zhǔn)攝像機(jī)的中心對(duì)準(zhǔn)。
77.如權(quán)利要求75所述的多位置原位識(shí)別設(shè)備，其特征在于，還包括安裝在所述多位置原位識(shí)別光閘上的面向后光束品質(zhì)攝像機(jī)；其中所述多位置原位識(shí)別光閘這樣布置，以使得在一第三光閘位置上，所述面向后光束品質(zhì)攝像機(jī)與所述光路共線對(duì)準(zhǔn)，并成像所述多個(gè)激光脈沖的橫截面，以確定光束品質(zhì)；以及所述面向后光束品質(zhì)攝像機(jī)包括一XY攝像機(jī)平移臺(tái)，當(dāng)所述多位置原位識(shí)別光閘位于所述第三光閘位置上時(shí)，使所述光路的軸線與所述面向后光束品質(zhì)攝像機(jī)的中心對(duì)準(zhǔn)。
78.一種用于短波長(zhǎng)光的改進(jìn)型非球面透鏡，所述非球面透鏡包括透鏡材料，包括第一光折射表面，其具有與一預(yù)定第一非球面設(shè)計(jì)形狀相匹配的第一非球面形狀，并具有小于約1μm的第一表面最大偏差；以及第二光折射表面，其與所述第一光折射表面相對(duì)，所述第二光折射表面具有與一預(yù)定第二表面設(shè)計(jì)形狀相匹配的第二表面形狀，并具有小于約1μm的第二表面最大偏差。
79.如權(quán)利要求78所述的透鏡，其特征在于所述第一非球面形狀與所述預(yù)定第一非球面設(shè)計(jì)形狀的第一表面偏差包括機(jī)械加工痕跡的跡線；以及所述第二表面形狀與所述預(yù)定第二表面設(shè)計(jì)形狀的第二表面偏差包括機(jī)械加工痕跡的跡線。
80.如權(quán)利要求78所述的透鏡，其特征在于，所述預(yù)定第二表面設(shè)計(jì)形狀為非球面。
81.一種用于短波長(zhǎng)光的改進(jìn)型非對(duì)稱透鏡，所述非對(duì)稱透鏡包括透鏡材料，包括第一光折射表面，其具有與一預(yù)定非對(duì)稱表面設(shè)計(jì)形狀相匹配的非對(duì)稱表面形狀，并具有小于約1μm的第一表面最大偏差；以及與第一光折射表面相對(duì)的第二光折射表面，其具有與一預(yù)定第二表面設(shè)計(jì)形狀相匹配的第二表面形狀，并具有小于約1μm的第二表面最大偏差。
82.如權(quán)利要求81所述的透鏡，其特征在于所述第一非對(duì)稱表面形狀與所述預(yù)定的第一非對(duì)稱表面設(shè)計(jì)形狀的第一表面偏差包括機(jī)械加工痕跡的跡線；以及所述第二表面形狀與所述預(yù)定第二面設(shè)計(jì)形狀的第二表面偏差包括機(jī)械加工痕跡的跡線。
83.如權(quán)利要求78或81所述的透鏡，其特征在于所述第一表面最大偏差小于約0.1μm；以及所述第二表面最大偏差小于約0.1μm。
84.如權(quán)利要求78或81所述的透鏡，其特征在于所述第一表面最大偏差小于約0.05μm；以及所述第二表面最大偏差小于約0.05μm。
85.如權(quán)利要求81所述的透鏡，其特征在于，所述預(yù)定第二表面設(shè)計(jì)形狀為非對(duì)稱的。
86.如權(quán)利要求78或81所述的透鏡，其特征在于，所述透鏡材料包括玻璃、藍(lán)寶石或者塑料中的至少一個(gè)。
87.一種用于短波長(zhǎng)非球面透鏡的改進(jìn)型壓力模具，所述壓力模具包括由模具材料形成的模具本體，所述模具本體包括一模具表面，其具有與一預(yù)定非球面設(shè)計(jì)形狀相匹配的非球面模具表面形狀，模具表面最大偏差小于約1μm。
88.如權(quán)利要求87所述的壓力模具，其特征在于所述非球面模具表面形狀與所述預(yù)定非球面設(shè)計(jì)形狀的模具表面偏差包括機(jī)械加工痕跡的跡線。
89.如權(quán)利要求87所述的壓力模具，其特征在于，還包括形成于所述模具本體的模具表面上的釋放膜，所述釋放膜具有與所述模具表面相對(duì)的釋放表面；其中所述釋放膜具有與所述預(yù)定非球面設(shè)計(jì)形狀相匹配的非球形釋放表面形狀，釋放表面最大偏差小于約1μm。
90.一種用于短波長(zhǎng)非對(duì)稱透鏡的改進(jìn)型壓力模具，所述壓力模具包括由模具材料形成的模具本體，所述模具本體包括一模具表面，其具有與一預(yù)定非對(duì)稱表面設(shè)計(jì)形狀相匹配的非對(duì)稱模具表面形狀，模具表面最大偏差小于約1μm。
91.如權(quán)利要求90所述的壓力模具，其特征在于所述非對(duì)稱模具表面形狀與所述預(yù)定非對(duì)稱表面設(shè)計(jì)形狀的模具表面偏差包括機(jī)械加工痕跡的跡線。
92.如權(quán)利要求90所述的壓力模具，其特征在于，還包括形成于所述模具本體的模具表面上的釋放膜，所述釋放膜具有與所述模具表面相對(duì)的釋放表面；其中所述釋放膜具有與預(yù)定的非對(duì)稱表面設(shè)計(jì)形狀相匹配的非對(duì)稱釋放表面形狀，釋放表面最大偏差小于約1μm。
93.一種用于微結(jié)構(gòu)的改進(jìn)型壓力模具，所述模具包括由模具材料形成的模具本體，所述模具本體包括一模具表面，其具有與一預(yù)定表面設(shè)計(jì)形狀相匹配的模具表面形狀，模具表面最大偏差小于約1μm。
94.如權(quán)利要求93所述的壓力模具，其特征在于，所述模具表面形狀與所述預(yù)定表面設(shè)計(jì)形狀的模具表面偏差包括機(jī)械加工痕跡的跡線。
95.如權(quán)利要求87、90或93中任何一項(xiàng)所述的壓力模具，其特征在于，所述模具表面最大偏差小于約0.1μm。
96.如權(quán)利要求87、90或93中任何一項(xiàng)所述的壓力模具，其特征在于，所述模具表面最大偏差小于約0.05μm。
97.如權(quán)利要求87、90或93中任何一項(xiàng)所述的壓力模具，其特征在于，所述模具表面包括下列至少之一碳化鎢；藍(lán)寶石；固態(tài)碳材料；Al2O3；Cr2O3；SiC；ZrO2；Si3N4；TiN；TiC；BN；Ni；Cr；Ti；W；Ta；Si；玻璃；包含TiN、TiC、Cr3C2或Al2O3中的至少一個(gè)的金屬陶瓷；或包含Ni、Cr、Ti、W、Ta或Si中的至少一個(gè)的合金。
98.如權(quán)利要求93所述的壓力模具，其特征在于，還包括形成于所述模具本體的模具表面上的釋放膜，所述釋放膜具有與所述模具表面相對(duì)的釋放表面；其中所述釋放膜具有與所述預(yù)定非球面設(shè)計(jì)形狀相匹配的非球形釋放表面形狀，釋放表面最大偏差小于約1μm。
99.如權(quán)利要求89、92或98中任何一項(xiàng)所述的壓力模具，其特征在于，所述釋放表面最大偏差小于約0.1μm。
100.如權(quán)利要求89、92或98中任何一項(xiàng)所述的壓力模具，其特征在于，所述釋放表面最大偏差小于約0.05μm。
101.如權(quán)利要求89、92或98中任何一項(xiàng)所述的壓力模具，其特征在于，所述釋放膜包含鎳、鈦、鈮、釩、鉬、鉑、鈀、銥、銠、鋨、釘、錸、鎢、鉭中的至少一個(gè)。
102.如權(quán)利要求87、90或93中任何一項(xiàng)所述的壓力模具，其特征在于，所述模具本體的模具表面包括一已損壞模具材料的損壞層，所述損壞層的厚度小于約10nm。
103.如權(quán)利要求102所述的壓力模具，其特征在于，所述損壞層為氧化層。
104.一種用于壓力模具的改進(jìn)型釋放膜，所述釋放膜包括形成于所述壓力模具的模具表面上的釋放膜材料；其中，所述釋放膜材料的釋放表面與所述模具表面相對(duì)，并具有與一預(yù)定表面設(shè)計(jì)形狀相匹配的釋放表面形狀，其最大偏差小于約1μm。
105.如權(quán)利要求104所述的釋放膜，其特征在于，所述釋放表面最大偏差小于約0.1μm。
106.如權(quán)利要求104所述的釋放膜，其特征在于，所述釋放表面最大偏差小于約0.05μm。
107.如權(quán)利要求104所述的釋放膜，其特征在于，所述釋放膜材料包含鎳、鈦、鈮、釩、鉬、鉑、鈀、銥、銠、鋨、釕、錸、鎢、鉭中的至少一個(gè)。
全文摘要
提供一種制造高精度模具的方法，其中例如使用金剛石砂輪和/或金剛石車削頭將與理想特征設(shè)計(jì)相匹配的特征刻進(jìn)硬質(zhì)模具材料(41)中。測(cè)量由使用金剛石砂輪和/或金剛石車削頭帶來的本身不精確度和誤差(49)，以確定與理想特征設(shè)計(jì)的偏差。然后，激勵(lì)超快短脈沖激光，以理想地去除偏差，從而校正誤差并使該特征與理想形狀相一致。此外，在激光去除加工前或激光去除加工后，在該特征上形成薄膜(1602)，其中誤差測(cè)量和激光去除加工分別檢測(cè)和去除薄膜表面上的誤差。另外，激光去除加工例如可以直接應(yīng)用于由不精確模具形成的光學(xué)透鏡(1400)中，以去除其上的任何誤差和缺陷。
文檔編號(hào)B23K26/03GK1758983SQ200480006270
公開日2006年4月12日 申請(qǐng)日期2004年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月30日
發(fā)明者片岡秀直, 劉新兵, 克里斯琴·F·格雷格 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社