способ лазерного формирования изображения в прозрачных образцах (его варианты)
Классы МПК: | C03C23/00 Прочие способы обработки поверхности стекла, кроме волокон или нитей |
Патентообладатель(и): | Ефимов Олег Михайлович |
Приоритеты: |
подача заявки:
1996-05-27 публикация патента:
20.12.1998 |
Изобретение относится к лазерной технологии и может быть использовано для создания художественных изделий и маркировки прозрачных материалов. Сущность изобретения заключается в фокусировке в объеме образца импульсного лазерного излучения с плотностью мощности, превышающей порог разрушения образца, до образования областей повреждения и перемещения образца по заданному закону. В процессе формирования изображения по крайней мере часть его создают построением подобных поверхностей, где n
2, а взаимное перемещение образца и точки фокусировки осуществляют так, что области повреждений не перекрываются. В процессе формирования изображения по крайней мере часть можно создавать в виде мозаики, элементы которой формируют из точек пробоя, причем повреждения вокруг точек пробоя в пределах каждого элемента мозаики перекрываются. Данным способом создают выразительные высококонтрастные и механически прочные изделия. 2 с. и 1 з. п. ф-лы.
![способ лазерного формирования изображения в прозрачных образцах (его варианты), патент № 2123480](/images/patents/348/2123062/8805.gif)
Формула изобретения
1. Способ лазерного формирования изображения в прозрачных образцах, включающий фокусировку в объеме образца импульсного лазерного излучения с плотностью мощности, превышающей порог разрушения образца, до образования областей повреждения и перемещение образца по заданному закону, отличающийся тем, что в процессе формирования изображения по крайней мере часть его создают построением n подобных поверхностей, где n![способ лазерного формирования изображения в прозрачных образцах (его варианты), патент № 2123480](/images/patents/348/2123062/8805.gif)
![способ лазерного формирования изображения в прозрачных образцах (его варианты), патент № 2123480](/images/patents/348/2123062/8805.gif)
Описание изобретения к патенту
Предлагаемая группа изобретений относится к области лазерной технологии и может быть использована для создания художественных изделий или сувениров из широкого класса прозрачных материалов, а также для маркировки изделий из таких материалов. Известен способ изготовления декоративных изделий из прозрачного материала [см. А.с. СССР N321422, МКИ C 03 C 23/00, приор. 16.02.1970 г.] путем изменения его структуры при термообработке, осуществляемой посредством концентрации лучистой энергии в определенной точке объема при последовательном перемещении материала по заданному рисунку. Одним из недостатков этого способа является то, что его широкое использование возможно лишь для материалов с достаточно высоким показателем поглощения, обеспечивающим нагрев материала вплоть до изменения его структуры. С другой стороны, обработка материалов с высоким показателем поглощения приводит к непроизводительным затратам энергии лазерного излучения при создании изображений на значительной глубине в образце. Известен также способ лазерного формирования изображения в твердых средах [см. Пат. РФ N 2008288, МКИ C 03 C 23/00, приор. 23.04.1991 г.], включающий фокусировку в заданной точке в объеме образца лазерного излучения с плотностью мощности, превышающей пороговое значение объемного пробоя материала, и перемещение образца относительно лазерного луча в трех взаимно перпендикулярных направлениях. Нам представляется, что этот способ является лишь частным случаем упоминавшегося ранее авторского свидетельства, а указанных в нем признаков недостаточно для решения задачи сохранения целостности поверхности образца и его объема до заданной точки при облучении. Использование для фокусировки излучения рекомендуемых автором короткофокусных оптических систем не гарантирует сохранения целостности. Действительно, "поскольку пороговое значение плотности мощности поверхностного пробоя для прозрачных сред имеет меньшую величину, чем для объемного пробоя...", то для любой короткофокусной оптической системы вблизи поверхности образца всегда короткофокусной оптической системы вблизи поверхности образца всегда найдется такой объем среды, разрушение которого будет происходить либо одновременно с пробоем поверхности, либо не будет происходить вовсе из-за экранировки объема областью пробоя поверхности. С другой стороны, для любой длиннофокусной системы всегда можно сфокусировать излучение на такую глубину в образце, когда пробой объема будет происходить без разрушения поверхности. Общим недостатком указанных решений является невысокая художественная выразительность изображений из-за низкого контраста их поверхностей. Это связано с тем, что только центральная часть областей повреждений достаточно эффективно экранирует проходящее излучение. Поэтому для создания высокого контраста поверхности формирующие ее области повреждения должны быть расположены достаточно близко друг к другу. Однако в этом случае из-за напряжений вокруг областей повреждений формируется общая трещина, объединяющая их и значительно снижающая не только зрительное восприятие изображения и качество изделий, но их механическую прочность. Наиболее близким к заявляемой группе изобретений по достигаемому результату является способ лазерного формирования изображений в прозрачных образцах [см. Пат. РФ N 2045862, МКИ C 03 C 23/00, приор. 09.06.1994 г.], выбранный нами в качестве прототипа. Он заключается в фокусировке непрерывного или импульсного лазерного луча в заданной точке в объеме образца с получением плотности мощности излучения, превышающей порог разрушения образца, и перемещении образца относительно точки фокусировки излучения по заданному закону. При этом предварительно фокусируют лазерный луч, имеющий различную расходимость в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, а в процессе формирования изображения изменяют угол между плоскостью с наибольшей расходимостью лазерного луча и поверхностью формируемого участка изображения в зависимости от требуемого контраста данного участка изображения. Такие условия формирования изображения позволяют повысить контраст его поверхностей, (под контрастом поверхности изображения понимается ее контраст относительно необлученной области образца, т.е. величина k = (1-![способ лазерного формирования изображения в прозрачных образцах (его варианты), патент № 2123480](/images/patents/348/2123171/964.gif)
![способ лазерного формирования изображения в прозрачных образцах (его варианты), патент № 2123480](/images/patents/348/2123171/964.gif)
![способ лазерного формирования изображения в прозрачных образцах (его варианты), патент № 2123480](/images/patents/348/2123171/964.gif)
в способе лазерного формирования изображения в прозрачных образцах, включающем фокусировку в объеме образца импульсного лазерного излучения с плотностью мощности излучения, превышающей порог разрушения образца, до образования областей повреждения и перемещение образца по заданному закону, в процессе формирования изображения по крайней мере часть его создают построением n подобных поверхностей, где n
![способ лазерного формирования изображения в прозрачных образцах (его варианты), патент № 2123480](/images/patents/348/2123062/8805.gif)
![способ лазерного формирования изображения в прозрачных образцах (его варианты), патент № 2123480](/images/patents/348/2123062/8805.gif)
в способе лазерного формирования изображения в прозрачных образцах, включающем фокусировку в объеме образца импульсного лазерного излучения с плотностью мощности излучения, превышающей порог разрушения образца, до образования областей повреждения и перемещение образца по заданному закону, в процессе формирования изображения по крайней мере часть его создают в виде мозаики [1], элементы которой формируют из точек пробоя, причем повреждения вокруг точек пробоя в пределах каждого элемента мозаики перекрываются. Проведенные нами исследования позволили установить, что при построении изображений поверхностей или их участков, расположенных в открытом пространстве и не образующих замкнутого объема, не всегда требуется получение высокого контраста изображения. В то же время низкий контраст изображений поверхностей, образующих замкнутый объем, приводит к тому, что через любой участок такой поверхности виден весь внутренний объем и противоположные участки изображения, что значительно снижает его зрительное восприятие. Увеличение контраста за счет уменьшения расстояния между всеми областями повреждения, формирующими поверхность изображения, имеет ограничение. Так, нами экспериментально было показано, что со временем происходит значительный рост микротрещин вокруг точек пробоя, что приводит к увеличению первоначальных размеров области повреждения, в некоторых случаях до двух и более раз. Этот эффект в случае близкого расположения точек вызывает формирование больших и бесформенных областей повреждения. Поэтому, для сохранения качества и механической прочности изделия, изображения должны создаваться их точек пробоя, расположенных на достаточно большом удалении друг от друга, чтобы повреждения вокруг них не перекрывались, что и приводит к ограничению контраста. Нами было показано, что можно достичь высокого уровня художественной выразительности изображения, дать зрительную иллюзию объемности, внутренней наполненности образа формированием высококонтрастных поверхностей двумя путями. 1. Путем построения n подобных участков изображений (n
![способ лазерного формирования изображения в прозрачных образцах (его варианты), патент № 2123480](/images/patents/348/2123062/8805.gif)
![способ лазерного формирования изображения в прозрачных образцах (его варианты), патент № 2123480](/images/patents/348/2123008/955.gif)
![способ лазерного формирования изображения в прозрачных образцах (его варианты), патент № 2123480](/images/patents/348/2123008/955.gif)
![способ лазерного формирования изображения в прозрачных образцах (его варианты), патент № 2123480](/images/patents/348/2123171/964.gif)
![способ лазерного формирования изображения в прозрачных образцах (его варианты), патент № 2123480](/images/patents/348/2123171/964.gif)
![способ лазерного формирования изображения в прозрачных образцах (его варианты), патент № 2123480](/images/patents/348/2123171/964.gif)
![способ лазерного формирования изображения в прозрачных образцах (его варианты), патент № 2123480](/images/patents/348/2123171/964.gif)
![способ лазерного формирования изображения в прозрачных образцах (его варианты), патент № 2123480](/images/patents/348/2123171/964.gif)
![способ лазерного формирования изображения в прозрачных образцах (его варианты), патент № 2123480](/images/patents/348/2123171/964.gif)
Класс C03C23/00 Прочие способы обработки поверхности стекла, кроме волокон или нитей