最近，期刊《Precision Engineering》发表了题为“High efficiency fabrication of Si microlenses by applying in-situ laser and ultrasonic vibration hybrid diamond cutting”的论文。

在单晶硅（Si）上制造微透镜阵列有望提高先进光电系统的集成度和轻量化。然而，由于单晶硅的硬脆特性，单晶硅微透镜阵列在金刚石切削过程中仍存在表面质量低和加工效率低的难题。原位激光辅助金刚石切削已被证明是硬脆材料超精密加工的有效方法，通过原位激光可软化材料、提高材料可加工性并抑制刀具磨损。此外，通过耦合高频振动轨迹和刀具几何形状能够1s加工35000个微透镜，实现微结构的快速生成，突破传统方法（快刀伺服和慢刀伺服）的频率局限。本研究提出了一种结合原位激光软化和超声椭圆振动的单晶硅微透镜阵列加工方法，以提高材料的可加工性和加工效率。首先，建立了考虑刀具几何形状、椭圆振动轨迹和加工参数的微透镜阵列加工表面模型。揭示了目标轮廓与刀具几何形状、椭圆振动轨迹、加工参数之间的关系。然后，基于螺旋划痕法分析了单晶硅各晶向在原位激光辅助下的临界切削深度。计算了在原位激光辅助金刚石切削过程中，各晶向微透镜在无裂纹情况下的最大切削深度。最后，通过原位激光超声振动复合金刚石切削系统对单晶硅微透镜阵列进行了金刚石切削实验，并在单晶硅上成功实现微透镜阵列高效塑性域切削。这项工作为硬脆材料的微结构阵列快速生成提供了一种新的方法。

硅微透镜阵列的激光-振动辅助切削

本研究得到了国家重点研发计划（2023YFB3407200）、国家自然科学基金（52225506,52375430）和华中科技大学学术前沿青年团队（2019QYTD12）的资助。

论文信息：Jianguo Zhang, Xinhuan Li, Shanyi Ma, Yujiang Lu, Haoxia Tian, Junfeng Xiao, Jianfeng Xu,High efficiency fabrication of Si microlenses by applying in-situ laser and ultrasonic vibration hybrid diamond cutting,Precision Engineering,Volume 93,2025,Pages 324-333.

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.precisioneng.2025.01.017