一种具有微透镜阵列的CVD钻石及其加工方法与流程

本申请涉及钻石加工，尤其涉及一种具有微透镜阵列的cvd钻石及其加工方法。

背景技术：

1、化学气相沉积(cvd)合成钻石凭借极高的硬度、优异的导热性能以及良好的可见光与近红外透过率，已成为智能戒指、智能手表等可穿戴设备的装饰材料。随着可穿戴电子产业的快速发展，cvd钻石作为产品外表面的装饰愈发受到市场重视。

2、在消费电子市场竞争日益激烈的背景下，消费者不再满足于智能穿戴设备仅具备基础的健康监测、数据交互等功能，对其外观的个性化、动态化和高级感提出了更高要求。光学窗口作为智能戒指等产品最直观的视觉呈现部分，表面效果直接决定了产品的整体质感。

3、然而，目前应用于可穿戴设备的平面cvd钻石片体，普遍存在视觉效果单一、缺乏动态变化的问题，难以同时兼顾功能性与装饰性的双重需求。现有的cvd钻石加工方法，无法在不影响其光学透过率、力学强度等核心性能的前提下，有效赋予平面钻石片体丰富的动态光学效果，限制了cvd钻石在高端可穿戴设备领域的进一步应用和产品附加值的提升。

技术实现思路

1、本申请提供了一种cvd钻石及其加工方法，通过将加工面分区并采用不同偏振方向加工纳米光栅层，解决了平面cvd钻石光学效果单一的问题。

2、本申请第一方面提供了一种cvd钻石的加工方法，所述加工方法包括：

3、对钻石基体的加工面进行抛光处理至表面粗糙度小于2nm，并将抛光后的加工面划分为若干个象限区域；

4、通过飞秒激光对所述加工面进行逐点烧蚀，得到由若干个排列的微透镜单元构成的微透镜阵列；

5、对所述微透镜阵列的表面进行光栅扫描，在各个所述微透镜单元的表面上形成纳米光栅层；其中，在所述若干个象限区域中分别采用不同的线偏振方向进行光栅扫描；

6、对加工后的所述钻石基体进行超声清洗，得到具有微透镜阵列的cvd钻石。

7、可选的，所述通过飞秒激光对所述加工面进行逐点烧蚀，得到由若干个排列的微透镜单元构成的微透镜阵列，包括：

8、通过同心圆扫描方式沿微透镜单元的边缘向中心逐点进行烧蚀，并通过控制飞秒激光的单脉冲能量使每个烧蚀点的深度控制在预设范围内；

9、通过调节同心圆的扫描半径以及每个烧蚀点的脉冲数量，将所述微透镜单元的曲率半径和直径控制在预设范围内，得到单个微透镜单元；

10、按照预设的排列方式，将所述单个微透镜单元的形成过程在所述加工面的不同位置重复执行，使若干个微透镜单元规则排布，得到微透镜阵列。

11、可选的，所述通过同心圆扫描方式沿微透镜阵列中的各个微透镜单元的边缘向中心逐点进行烧蚀，并通过控制飞秒激光的单脉冲能量使每个烧蚀点的深度控制在预设范围内，包括：

12、对飞秒激光的单脉冲能量进行调控，使每个激光脉冲在所述加工面形成预设深度的烧蚀点；

13、根据所述单脉冲能量与烧蚀点的深度的对应关系调节单脉冲能量，使每个烧蚀点的实际深度落入目标深度范围内；

14、对沿同心圆轨迹分布的各个烧蚀点分别施加所对应的单脉冲能量，使沿同心圆轨迹分布的各个烧蚀点具有相同的深度，或者使各烧蚀点的深度随同心圆半径的变化而呈阶梯式变化。

15、可选的，所述对所述微透镜阵列的表面进行光栅扫描，在各个所述微透镜单元的表面上形成纳米光栅层，其中，在所述若干个象限区域中分别采用不同的线偏振方向进行光栅扫描，包括：

16、分别针对所述若干个象限区域中的每一个区域，设定飞秒激光的线偏振方向为预设角度，所述若干个象限区域的预设角度互不相同；

17、在所设定的线偏振方向下，对所述微透镜阵列的表面进行光栅扫描，使各个所述微透镜单元的表面上形成对应光栅取向的纳米光栅层；

18、依次对所述若干个象限区域中的每一个区域执行光栅扫描，直至所有象限区域完成扫描。

19、可选的，在各个所述微透镜单元的表面上形成对应光栅取向的纳米光栅层中，还包括：

20、通过调节所述飞秒激光的线偏振方向，控制所述纳米光栅层的光栅取向，使所述光栅取向垂直于所述线偏振方向。

21、可选的，所述将抛光后的加工面划分为若干个象限区域，包括：在抛光后的加工面上标记出十字分割线，将所述加工面划分为四个面积相等的象限区域。

22、本申请第二方面提供了一种cvd钻石，采用本申请第一方面中任一项所述的加工方法制得。

23、可选的，所述cvd钻石包括：钻石基体、微透镜阵列以及纳米光栅层；

24、所述微透镜阵列形成于所述钻石基体的加工面上，所述微透镜阵列由若干个规则排列的微透镜单元构成；

25、所述纳米光栅层形成于各个所述微透镜单元的表面上。

26、可选的，所述微透镜单元的直径为5-100μm，曲率半径为10-500μm，相邻微透镜单元之间的间距为0-20μm；

27、所述纳米光栅层的周期为100-800nm，深度为50-300nm。

28、可选的，所述微透镜阵列中包含至少两种不同曲率半径的微透镜单元，所述不同曲率半径的微透镜单元按预设图案分区排列。

29、从以上技术方案可以看出，本申请具有以下优点：

30、在抛光后的钻石基体表面先利用飞秒激光逐点烧蚀形成微透镜阵列，再通过光栅扫描在阵列表面制备纳米光栅层，并且在光栅扫描过程中，将加工面划分为若干个象限区域并分别采用不同的线偏振方向。微透镜阵列产生明暗闪烁，纳米光栅层呈现颜色渐变，两者复合使出射光同时携带强度变化和波长变化；不同象限区域因线偏振方向不同而具有不同的光栅取向，从而在同一观察角度下呈现不同的结构色。转动钻石时，每个闪烁点不仅发生颜色连续改变，不同区域之间还形成色彩分区对比。整个加工过程热影响小，有效抑制钻石石墨化或微裂纹的产生，先制作微透镜阵列后制作纳米光栅层的顺序减少了两种结构复合时的工艺冲突，有效解决了平面cvd钻石视觉效果单一、缺乏动态变化的问题，并实现了分区多色的光学效果。

1.一种cvd钻石的加工方法，其特征在于，所述加工方法包括：

2.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述通过飞秒激光对所述加工面进行逐点烧蚀，得到由若干个排列的微透镜单元构成的微透镜阵列，包括：

3.根据权利要求2所述的加工方法，其特征在于，所述通过同心圆扫描方式沿微透镜阵列中的各个微透镜单元的边缘向中心逐点进行烧蚀，并通过控制飞秒激光的单脉冲能量使每个烧蚀点的深度控制在预设范围内，包括：

4.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述对所述微透镜阵列的表面进行光栅扫描，在各个所述微透镜单元的表面上形成纳米光栅层，其中，在所述若干个象限区域中分别采用不同的线偏振方向进行光栅扫描，包括：

5.根据权利要求4所述的加工方法，其特征在于，在各个所述微透镜单元的表面上形成对应光栅取向的纳米光栅层中，还包括：

6.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述将抛光后的加工面划分为若干个象限区域，包括：在抛光后的加工面上标记出十字分割线，将所述加工面划分为四个面积相等的象限区域。

7.一种具有微透镜阵列的cvd钻石，其特征在于，采用权利要求1至6中任一项所述的加工方法制得。

8.根据权利要求7所述的cvd钻石，其特征在于，所述cvd钻石包括：钻石基体、微透镜阵列以及纳米光栅层；

9.根据权利要求8所述的cvd钻石，其特征在于，

10.根据权利要求8所述的cvd钻石，其特征在于，所述微透镜阵列中包含至少两种不同曲率半径的微透镜单元，所述不同曲率半径的微透镜单元按预设图案分区排列。