Optiniai elementai iš stiklo: gamybos būdus pagreitinęs Laimis Zubauskas tapo technologijos mokslų daktaru
Stiklas – plačiai naudojama medžiaga optinių elementų (tam tikrų detalių, kuriomis galima valdyti šviesą) gamyboje. Dėl gero skaidrumo, ilgaamžiškumo ir atsparumo aplinkos poveikiui, iš stiklų gaminami įvairūs komponentai, pavyzdžiui, lęšių masyvai, kurie naudojami vaizdinimo, apšvietimo, jutiklių ir telekomunikacijų sistemose.
Įprasti mikrooptinių elementų gamybos būdai leidžia pasiekti aukštą kokybę, tačiau dažnai reikalauja sudėtingų, daug etapų turinčių procesų ir riboja gaminių formų įvairovę. Dėl to vis daugiau dėmesio skiriama lazerinėms technologijoms, kurios suteikia galimybę vienoje sistemoje pjauti, formuoti ir poliruoti stiklą.
Tuo užsiima FTMC Lazerinių technologijų skyriaus mokslininkas dr. Laimis Zubavičius, apgynęs daktaro disertaciją „Optinių paviršių formavimas skaidriose medžiagose lazeriniu frezavimu“ (mokslinis vadovas: dr. Paulius Gečys).
Jis lazeriu iš stiklo pagamino sudėtingos formos optinius elementus, pavyzdžiui, daugybę mažų lęšių viename stiklo paviršiuje. Esminė idėja – kuo daugiau tokio elemento gamybos etapų atlikti lazeriu: pirmiausia stiklą išpjauti, tada suformuoti norimą paviršių ir galiausiai jį nupoliruoti kitu lazeriu. Idealiu atveju visus šiuos etapus būtų galima atlikti vienoje sistemoje, kurioje būtų derinami du skirtingi lazeriai.
„Didžiausia problema ta, kad stiklo šalinimas lazeriu, ypač naudojant tiesioginio lazerinio frezavimo technologiją, yra gana lėtas procesas. Todėl disertacijoje nagrinėjau būdus, kaip jį pagreitinti išlaikant kuo didesnį formavimo tikslumą ir gaunant kuo geresnę paviršiaus kokybę. Tyriau, kaip stiklo pjovimą veikia plonas vandens sluoksnis, kaip paviršiaus formavimą keičia skirtingos trukmės lazerio impulsai ir kas vyksta naudojant labai didelio pasikartojimo dažnio – gigahercų (GHz) eilės – impulsų papliūpas.
Galutinis tikslas buvo ne tik ištirti atskirus procesus, bet ir parodyti, kad juos galima sujungti į realiai veikiantį optinių elementų gamybos procesą“, – pasakoja L. Zubauskas.
Pasak Laimio, nors pats tyrimas yra gana techninis, jo esmė paprasta – lazeriu galima labai tiksliai frezuoti stiklą ir taip sukurti paviršių, kuris vėliau gali valdyti šviesą.
„Tokie optiniai elementai naudojami įvairiose srityse – nuo apšvietimo ir vaizdo formavimo iki jutiklių, telekomunikacijų ir kitų optinių sistemų. Mano darbe pagamintų lęšių masyvų pavyzdys parodė, kad jais galima pakeisti šviesos pluošto formą ir tolygiau paskirstyti jo intensyvumą.
Pavyzdžiui, pagaminau du lęšių masyvus, kurie buvo panaudoti ultravioletinių LED šviesos pluoštui homogenizuoti (tolygiau paskirstyti). Iš pradžių šviesos intensyvumas buvo netolygus, bet pavyko suformuoti gana vienodą stačiakampio formos šviesos pluoštą. Šie optiniai elementai buvo integruoti į fotolitografijos sistemą, kur šviesa naudojama labai mažiems raštams ir struktūroms formuoti.
Lazerinis gamybos būdas leidžia gana laisvai keisti gaminamo optinio elemento formą. Tai ypač svarbu konstruojant sudėtingus, individualius ar mažų serijų optinius elementus, kurių gamybai tradiciniais būdais dažnai reikia specialių įrankių, formų ar sudėtingos gamybos grandinės“, – sako L. Zubauskas.
Naujasis technologijos mokslų daktaras džiaugiuosi tuo, kad disertacija nesibaigė vien eksperimentais ir grafikais – pavyko iš gautų rezultatų pagaminti realiai veikiantį optinį elementą ir jį išbandyti tikroje optinėje sistemoje.
„Taip pat svarbus rezultatas yra tas, kad pavyko gana aiškiai suprasti, kaip skirtingi lazerio režimai keičia stiklo apdirbimą. Pavyzdžiui, naudojant femtosekundinius impulsus galima pasiekti didesnį medžiagos šalinimo efektyvumą ir geresnę paviršiaus kokybę nei naudojant pikosekundinius impulsus tam tikromis tirtomis sąlygomis.
O GHz papliūpų režimas, nors medžiagos šalinimą gali pagreitinti daugiau kaip dešimt kartų, kartu smarkiai pablogina paviršiaus kokybę. Tai padeda suprasti, kada tokį režimą verta naudoti, o kada geriau rinktis kitus apdirbimo būdus“, – teigia FTMC mokslininkas.
Disertaciją galite perskaityti paspaudę šią nuorodą.
FTMC informacija