玻璃繞射光學元件及非球面透鏡陣列之精密模造相關製程研發

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Title:	玻璃繞射光學元件及非球面透鏡陣列之精密模造相關製程研發
Other Titles:	A Study on Precision Molding Processes of Diffractive Optical Elements and Aspheric Lens Array
Authors:	趙崇禮;馬廣仁
Contributors:	淡江大學機械與機電工程學系
Keywords:	超精密鑽石車削;玻璃模造;繞射光學元件;反應離子蝕刻;非球面透鏡陣列;抗沾黏膜
Date:	2010
Issue Date:	2011-07-06 13:10:06 (UTC+8)
Abstract:	隨著光電、半導體、精密機械等工業快速發展，在輕薄短小的同時亦對精度及性能要求提升，因此高精度且具特殊形狀之工件需求量是與日俱增。在光學元件方面其由平面 -> 球面 -> 非球面 -> 自由曲面(非軸對稱)之發展趨勢亦在提升性能表現之要求下明晰易見。也就是說，在許多之應用中非球面/軸對稱之光學元件已不能滿足學術/工業上之需求。球面/非球面透鏡陣列及繞射光學元件即是因應此一變革下的產物。其中球面/非球面透鏡陣列在光通訊、光計算、光纖耦合等領域已廣泛運用，近來在節能減碳之大趨勢下其在LED 照明、太陽能集能模組等範疇上之需求亦大幅成長。在如此的背景下，發展低成本、高精度的非球面光學玻璃元件成型技術已成為市場上勝敗關鍵。玻璃模造技術被視為最有機會製作出高解析度、穩定性佳、具量產性且成本較低廉的非球面玻璃透鏡，玻璃模造技術中最關鍵的問題，除了需不斷開發有高折射率、低軟化溫度的玻璃的精密玻璃外，具高溫化學穩定性及高溫硬度之超硬模具材料的開發及其相關精密加工技術、最佳化的加工參數設計使模具除表粗及形狀精度達到要求外其次表面之破壞亦能減至最低以延長模具的使用壽命，使玻璃透鏡的生產成本降低，更成為產品具競爭力的最大關鍵。若以模造溫度區分可使用之模具材料，當模造溫度在400oC 以內時不鏽鋼將可成為適當之模具材料。當模造溫度高於500oC 時則只有採用碳化鎢、碳化矽及玻璃碳等硬脆材料製作模具。本研究第一年將結合已有成果之非球面鏡陣列鑽石車削技術與低溫電漿滲氮處理鋼材之技術結合；在不鏽鋼上以鑽石車削加工出作出~100% filling factor 的球面/非球面鏡陣列。此模具將用於對成型溫度較低之Low Tg 玻璃及對 IR 玻璃進行成型測試。此外，亦同時以慢刀伺服技術及加工路徑規劃對硬脆模具(碳化鎢及碳化矽)進行輪磨加工非球面鏡陣列模仁之研究。此模具將用於對成型溫度較高之玻璃進行成型測試。在計劃的第二年進行模造玻璃繞射光學元件之模具製作。除以成形砂輪對超硬模具材料直接進行輪磨加工外；亦將以精密鑽石車削在不鏽鋼上以車削加工出繞射光學元件以用於對成型溫度較低之Low Tg 玻璃及對IR 玻璃進行成型測試。此外，也將嘗試以鑽石車削加工軟金屬(鋁合金、無氧銅)之繞射光學元件壓印模 (stamper)，而後以此壓印模對塗佈於超硬模具材料上之光阻進行壓印，之後再對其進行電漿/RIE 蝕刻以複製繞射光學元件之造型於超硬模具材料上。為增進模具壽命，本研究亦將以非平衡磁控濺鍍系統來製作保護鍍膜，並採用Pt-Ir 奈米多層膜及中間結合層漸層合金之設計，改善膜與基材間之結合力及保護膜之強度與韌性。
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