红外材料硅透镜加工工艺研究

随着红外空空导弹的发展,红外光学材料单晶硅得到了广泛的应用.介绍了单晶硅材料加工透镜的工艺过程,着重研究了硅透镜的抛光技术,通过使用不同的抛光粉及抛光模层材料,找到了加工硅透镜的最佳工艺匹配条件.实验结果表明：使用SiO2胶体配制的抛光液（PH10～11）及用抛光布制成的抛光模,采用机械-化学方法抛光出的零件表面疵病达到Ⅲ级（GB 1185-74）,并能够通过修改抛光模控制光圈及光圈误差,加工出的硅透镜满足导弹光学系统的要求.     

圆锥曲面Fresnel透镜数值设计方法

Fresnel透镜是最常见的太阳能聚光镜之一,曲面Fresnel透镜通常比平面Fresnel透镜具有更加优越的性能。基于非成像光学理论,提出了一种新型曲面Fresnel透镜的设计方法。曲面Fresnel透镜采用圆锥曲面基底,在满足Fresnel透镜机械参数要求的前提下,实现Fresnel透镜第二工作面面型的求解。基于可加工性的要求,利用该方法设计了不同形状的曲面Fresnel透镜,通过光学仿真分析了曲面Fresnel透镜的结构参数对聚光镜会聚比、容忍角、光照均匀性的影响,并分析了超精密加工条件下,由于加工误差对光学效率的影响。该设计方法为参数化曲面Fresnel透镜的分析提供了一种新的途径。仿真结果表明,具有小深宽比的曲面Fresnel透镜具有更好的均匀性和更高的能量利用率。     

透镜设计

本程序可用于光学补偿三透镜式变焦镜头的快速初级设计。尽管优质变焦透镜的完整设计不属于本文讨论的范围,但对于某些应用,比如激光材料加工用的光学系统,初级设计常常是够用的,它只涉及到单色光,小视场。在这种情况下,有时就要用一个简单的变焦距镜头来改变激光束聚焦点的大小,而又没有明显的散焦现象。图1所示的基本结构采用了两个机械铰链的可移动的正透镜,中间是一个固定不动的负透镜。     

温度变化对胶粘结透镜面形精度的影响

为了保证透镜的面形精度受温度影响较小,透镜采用低应力胶粘结要优于采用机械方式装夹。首先对比了胶粘结透镜在16℃,20℃,26℃时透镜轴向应力大小和面形的变化。实验验证了在不同温度下,胶粘结透镜面形的峰谷(PV)值(0.073λ,0.064λ,0.085λ)要优于机械方式装夹的透镜面形PV值(0.204λ,0.108λ,0.105λ)。最后对不同温度下胶粘结透镜面形变化的理论计算、仿真和实验结果的误差进行了分析。实验结果表明在温度变化时,采用胶粘结透镜的面形精度要优于机械装夹的透镜面形精度,并且能有效控制温度变化对透镜面形精度的影响。     

自聚焦透镜光学加工研究

本文主要通过自聚焦透镜光学加工研究,介绍一种比较合理实用的加工方法,用这种方法加工成的自聚焦透镜可达到很高的光学质量指标和尺寸精度。本文还对简易而实用的小直径圆柱形透镜端面与其母线垂直度测量方法作了具体分析和阐述。     

再议军用热像瞄准具结构设计

介绍了军用热瞄具光学系统各光学元件,包括窗口、反射镜、透镜和总体机械结构设计、加工和装配要点;基于美国《红外与光电手册》设计中提出的原理和准则,给出了作者10余年的工程实践和经验。     

小口径薄型玻璃透镜精密模压制造

采用传统的研磨抛光方法很难实现口径与厚度比很大的玻璃透镜的制造,下盘后机械应力变形是影响透镜精度的重要因素之一.而采用玻璃精密模压制造技术,无需透镜毛坯装夹固定机构,在加工过程中几乎不产生机械应力,因此是小口径薄型玻璃透镜的首选制造技术.成功制造了一种口径与中心厚度比为11的薄型透镜,面形精度的PV值和RMS值可分别达...     

基于波前编码的消色差稀疏孔径超构透镜

光学稀疏孔径技术以其所具有的降低透镜加工面积、增大数值孔径和提升分辨率的能力被应用到超构透镜的设计和优化中。然而,目前稀疏孔径超构透镜的研究仅限于单波长,通常难以应用到宽波段成像领域。笔者基于波前编码和稀疏孔径技术设计了一种消色差稀疏孔径超构透镜。该消色差稀疏孔径超构透镜在加工面积降低至全孔径超构透镜25%的情况下,在可见光波段（400～700 nm）可实现与理想透镜一致的分辨率。该消色差稀疏孔径超构透镜既实现了对可见光波段的消色差,又解决了大孔径超构透镜的加工难题,具有加工成本低、消色差范围大、成像清晰等特点,在图像采集领域具有重要的应用价值。     

基于SU-8的微透镜阵列的设计和制作

以SU-8作为结构材料,采用紫外光刻工艺,尤其以斜曝光工艺为主,加工出主光轴平行于衬底基片的微透镜阵列,单个微透镜的直径大约为500μm。初步确定出加工此透镜所需要的曝光剂量、前烘时间、后烘时间和显影时间,为加工其他尺寸的透镜提供参考。基于此方法加工的微透镜阵列能够对光束进行聚焦、反射、衍射、相位调制等控制,从而可最终实现光开关、衰减、扫描和成像等功能,为其他微型光学器件,如分光镜和反射镜等的系统集成提供极大的便利。同时,此微透镜阵列也会被集成在微流细胞仪中用来对流式细胞仪中样本流做荧光检测,极大地提高了检测的精度。     

激光扫描加工图形控制模型的研究

针对激光扫描加工中存在固有图形畸变的情况,提出了DEA(dual-ends approch)控制模型。由于该模型不仅考虑了透镜焦距f、激光入射角θ、振镜偏转角和光学镜组之间的距离,而且还考虑了透镜中心厚度、透镜曲面曲率半径以及透镜介质折射率,因此提高了激光扫描加工系统的加工精度,减小了加工误差。同时利用VC++6.0编制了一个对话框程序,对传统fθ控制模型和DEA控制模型进行了分析比较,结果显示,DEA控制模型能正确表达所设计的加工图形,其精度高于fθ图形控制模型。     

一种新的长焦距透镜的制造方法

论述了用平行平板上盘来加工长焦距透镜的方法。这种方法可避免火漆上盘引入的透镜偏心,实验证明这种加工方法重复精度好,生产效率高,适合批量生产。     

NOA73材料的微透镜阵列快速制造技术

针对传统微透镜阵列制作工艺复杂、成本高、周期长等缺点,研究了一种低成本、高效率制作微透镜阵列的技术方法。以SU-8负性光刻胶为主模结构材料,采用2次紫外斜曝光工艺,加工出主光轴平行于硅基的微透镜阵列作为主模结构。依次采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)软光刻技术和NOA73紫外曝光技术对主模结构进行复制得到PDMS和NOA73 2种材料的微透镜阵列,用共聚焦显微镜观察微透镜阵列的表面形貌并搭建光学检测平台,测试微透镜阵列的成像效果。结果显示,NOA73材料的微透镜阵列具有更好的光学性能。通过上述工艺加工的微透镜阵列具有较好的成像效果和表面形貌,重复性好且加工周期短,可集成在微流式细胞仪中用于样本流的荧光检测,提高了检测精度。     

高功率激光装置终端楔形透镜的测量与调试

楔形透镜是高功率激光系统终端光学组件的关键元件,也是较为特殊的光学元件,楔形透镜的楔角测量关系着高功率激光的聚焦性能。终端组件中楔形透镜的加工角度、工作姿态一旦偏离了特定的工作角度,终端组件会引入大的面形偏差,楔形透镜特殊的形状不利于楔形透镜面形、楔角的测量。提出了一整套楔形透镜测量调整方案,包括楔形透镜加工过程中的测量方案,楔形透镜安装过程中的离线测量与调整方案,以及终端组件上线调试过程中的在线调试测量方案。该套方案的实施能够保证楔形透镜的加工精度,及组件中楔形透镜能够工作在最佳工作姿态,保障了高功率激光系统终端组件的光束质量和定位精度。     

红外光学材料——锗

锗在红外光学系统中的应用锗是元素半导体,过去主要用于电子工业,包括晶体管、二极管、整流器、超导体和探测器等,由于锗具有高折射率、低色散、容易加工、有良好的机械强度、不吸潮等优点,因而它在红外光学元件(包括透镜、窗口、滤光片等)中成为很有吸引力的材料。其中用量最大的是一作热象仪的透镜。一般每个热象仪需用锗透镜3～7块,最大直径达300毫米。热象仪能把发热物体自然发射的红外光变为可见光,从而使人们的视觉从近红外扩展到远红外区,热象仪可使飞     

飞秒激光制备微透镜阵列的研究进展

微透镜阵列是重要的微光学元件,其以良好的成像性能以及小型化、轻型化的优点,被广泛应用于光通信、光信号处理、波前传感、光场调控、数据存储、医学诊断等领域.飞秒激光加工技术具有可控度高、灵活性好、无需掩模、加工精度高等优势,成为近年来微透镜阵列的重要加工方式.本文综述了微透镜阵列飞秒激光加工方法的研究进展,包括飞秒激光双光...     

光束整形技术展现出应用于激光加工业的潜力

透镜阵列光束整形技术在激光材料加工市场崭露头角.LIMO公司的Vitalij Lissotschenko和Paul Harten介绍了半导体激光器直接应用于激光焊接和激光切割领域的状况. 大功率激光光源现已广泛应用于多种材料的加工领域.目前最普遍的应用包括:焊接、钎焊、切割、钻孔、激光退火、微机械、烧蚀以及微光刻等.对于激光材料加工而言,除了选择合适的激光光源外,选取能够产生适当光场剖面的高效能光学元件也至关重要.     

非球面透镜及其模具加工

非球面塑料透镜已开始批量生产，其加工方法分为直接加工树脂的切削法和通过模具的成形加工法。     

基于DEA控制模型的LSM系统软件设计

LSM系统DEA控制模型采用计算端点和设计端点两点逼近,DEA模型不仅考虑了振镜之间的距离、振镜与透镜之间的距离、振镜摆转角度和透镜焦距,同时也考虑了透镜中心厚度、透镜曲面曲率半径以及介质折射率,有效提高了系统加工精度和加工速度.软件设计采用模块化设计思想,简化了程序设计的复杂性,使程序的结构清晰、容易理解,接口简单、提高了元件的可靠性,缩短了开发设计周期.     

超快激光仿生复眼加工研究进展

作为一种典型的微纳光学元件,仿生复眼微视觉系统有机结合了光子学与微纳米技术的前沿科学成果,在机器人视觉导航、无人驾驶、微型飞行器系统等前沿领域具有广阔的应用前景。超快激光加工作为一种先进的制造技术,具有真三维加工、适用多种材料、微纳加工精度等优异特征,已成为制造多级结构仿生复眼视觉系统的理想工具。本文介绍了自然界昆虫复眼的结构特点,阐述和分析了各类型仿生复眼的超快激光加工研究进展,包括平面微透镜阵列、超疏水复眼透镜和大视场复眼透镜,最后分析了超快激光加工技术制备复眼透镜存在的问题和发展趋势,为仿生复眼视觉系统的进一步研究与开发提供有效参考。     

低温红外光学透镜支撑结构研究

在低温红外光学系统中,光学元件及其支撑结构的加工和装配温度与其实际工作环境温度之间存在较大差异。根据低温红外光学系统对光机结构设计的要求,设计和加工了一套适用于低温光学透镜的柔性支撑结构。透镜的径向定位与支撑采用一组周向均布的悬臂柔性支撑结构来实现;轴向则采用压圈定位和波形垫圈来为透镜提供轴向预紧,以避免由于温差以及材料的物理性能差异与变化而造成透镜面型无法满足指标要求。试验结果表明,这种透镜支撑结构在133 K低温下具有良好的成像效果。