Microstructuration au laser du verre pour la réalisation de micro-éléments de précision

Qu'est-ce que la microstructuration au laser ?

La microstructuration au laser est une technique de traitement des matériaux sans contact dans laquelle des impulsions laser ultra-rapides focalisées — d’une durée généralement de l’ordre de la picoseconde (10⁻¹² s) ou de la femtoseconde (10⁻¹⁵ s) — sont utilisées pour ablater, de modifier ou de restructurer le verre et les substrats optiques à l’échelle micrométrique et submicrométrique. Contrairement aux lasers à nanosecondes ou à onde continue, qui déposent de l’énergie thermiquement et provoquent la fusion et la reformulation des couches, les lasers ultra-rapides transfèrent l’énergie au matériau plus rapidement que ne peut se produire la diffusion thermique — un processus connu sous le nom d’ablation à froid. Cela permet d’obtenir des structures nettes et bien définies, avec des zones affectées par la chaleur négligeables, sans microfissures ni reformulation du matériau. En balayant le spot laser focalisé selon un parcours d’outillage 3D programmé, il est possible de créer pratiquement n’importe quelle topographie de surface : micro-canaux, micro-piliers, réseaux de diffraction, réseaux antireflets de type « œil de papillon », réseaux de microlentilles et surfaces optiques de forme libre. Le procédé est entièrement piloté par logiciel et ne nécessite ni masque, ni moule, ni agent de gravure chimique, ce qui le rend idéal pour le prototypage rapide et la fabrication de précision en petites séries.

Capacités de traitement

• Sources laser : Picoseconde (1 064 nm / 532 nm / 355 nm) · Femtoseconde (1 030 nm / 515 nm / 343 nm)
• Taille minimale des éléments : 1 µm (latéral) · 0,5 µm (incrément de profondeur)
• Précision du contrôle de la profondeur : ±0,5 µm par couche
• Rugosité de surface (Ra) après structuration : 50 à 200 nm (après ablation) ; ≤ 10 nm (après polissage)
• Zone affectée par la chaleur (HAZ) : < 500 nm (femtoseconde) ; < 2 µm (picoseconde)
• Surface maximale de structuration : 200 × 200 mm (course de la platine)
• Fonctionnalités 3D : Structuration volumétrique complète, y compris la modification de la densité en sous-sol

Matériaux compatibles

Types de microstructures

• Microcanaux et cellules d'écoulement : Canaux microfluidiques fermés et ouverts, d'une largeur comprise entre 5 et 500 µm
• Éléments optiques diffractifs (DOE) : Réseaux, séparateurs de faisceaux et plaques de phase à période inférieure au µm
• Réseaux AR « œil de papillon » : Réseaux de piliers de taille inférieure à la longueur d'onde pour une protection antireflet à large bande sans revêtement
• Réseaux de microlentilles (MLA) : Réseaux de lentilles réfractives et diffractives pour la mise en forme de faisceaux et l'optique d'affichage
• Texturation de surface : Rugosité contrôlée, motifs hydrophobes/hydrophiles et surfaces tribologiques
• Modification de l'indice de réfraction global : Guides d'ondes, réseaux de Bragg et circuits optiques 3D à l'intérieur du verre

Applications typiques

• Microfluidique et laboratoires sur puce : Fabrication de canaux par écriture directe dans de la silice fondue sans photolithographie
• Guides d'ondes optiques : Circuits à guides d'ondes enfouis en 3D en borosilicate et en silice fondue pour dispositifs photoniques
• Surfaces antireflets : Réseaux de nanostructures de type « œil de papillon » sur des fenêtres en saphir et en silice fondue
• Optiques de mise en forme du faisceau : Éléments optiques diffractifs destinés à l'homogénéisation et à la division d'un faisceau laser
• Fenêtres des capteurs : Surfaces structurées pour les fenêtres de protection des capteurs LiDAR, infrarouges et ultraviolets
• Dispositifs biomédicaux : Matrices de micropuits pour cultures cellulaires et motifs de biofonctionnalisation de surface

Spécifications personnalisées

Nous acceptons les commandes de microstructuration laser sur mesure à partir de fichiers CAO fournis par le client, de plans GDS-II ou de spécifications de conception optique. Nous proposons à la fois la structuration de surface et la modification volumétrique en profondeur, avec un choix de longueur d’onde optimisé en fonction des caractéristiques d’absorption de chaque matériau. Les flux de travail sur mesure comprennent le profilage en profondeur à passages multiples, l’ablation en niveaux de gris pour la génération de surfaces de forme libre, ainsi que des procédés hybrides combinant la microstructuration laser et la gravure humide pour obtenir des structures à rapport d’aspect élevé. Des services post-structuration — notamment la métrologie de surface confocale, l’inspection par interférométrie en lumière blanche, le revêtement AR et le conditionnement en salle blanche — sont disponibles dans le cadre d’un flux de fabrication complet. Tous les substrats structurés sont livrés avec des cartes de surface 3D complètes et des rapports de vérification dimensionnelle.

Résolution des détails et largeur d'impulsion laser