衍射光學(xué)元件相比于折反式光學(xué)元件具有更多的設(shè)計(jì)自由度,制作公差更為寬松,可以實(shí)現(xiàn)平板成像。衍射元件的應(yīng)用可以簡化光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu),減小光學(xué)系統(tǒng)重量,自其出現(xiàn)以來,就備受光學(xué)設(shè)計(jì)者的關(guān)注。衍射光學(xué)元件分為成像元件和非成像元件:成像衍射光學(xué)元件在紫外、可見光以及紅外波段均有廣泛的應(yīng)用;非成像衍射光學(xué)元件主要用于能量收集、光強(qiáng)勻化以及波前整形。作為應(yīng)用最廣的一類成像衍射光學(xué)元件,菲涅耳波帶片被廣泛應(yīng)用于多種光學(xué)系統(tǒng):在X射線成像方面,由于幾乎所有材料折射率在此波段的折射率都接近于1,無法通過折射定理對光線進(jìn)行偏折從而實(shí)現(xiàn)成像,而基于衍射成像的菲涅爾波帶片可以有效解決材料折射率受限這一問題,在X射線成像領(lǐng)域具有不可替代的作用;在空間望遠(yuǎn)鏡應(yīng)用方面,為了獲得更高的對地觀察分辨率需要增大傳統(tǒng)反射式望遠(yuǎn)鏡的口徑,但是隨著望遠(yuǎn)鏡口徑的增大,在給加工和檢測帶來了近乎苛刻要求的同時,望遠(yuǎn)鏡的質(zhì)量也會隨著口徑的增加而變大,也給發(fā)射帶來了極大的挑戰(zhàn),相比之下,可以實(shí)現(xiàn)折疊展開和輕量化的菲涅爾波帶片為更大口徑望遠(yuǎn)鏡的制作提供了一個新思路。然而,在菲涅爾波帶片的眾多應(yīng)用中,衍射效率低成為制約其廣泛使用的一個重要因素:... 

【文章來源】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所)吉林省

【文章頁數(shù)】：130 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

衍射元件加工流程圖

圖 1. 2 套刻工藝加工四臺階菲涅耳波帶片流程圖Figure 1. 2 Overlay process for the fabrication of 4-level FZP1.2.2 單點(diǎn)金剛石車削單點(diǎn)金剛石車削技術(shù)（ Single Point Diamond Turning，SPDT ）是 20 世紀(jì)60 年代開始發(fā)展和完善起來的超精密加工技術(shù)，金剛石車削最開始主要是為了解決高精度陀螺零件、導(dǎo)引頭反射鏡和紅外夜視儀等光學(xué)零件的加工問題�？諝忪o壓軸承、金剛石刀具等硬件設(shè)備質(zhì)量的提升和切削機(jī)理、誤差補(bǔ)償?shù)确矫娴睦碚撏黄�，大大地提高了金剛石車削的加工精度，車削面形精度達(dá)到亞微米，車削材料表面粗糙度可以達(dá)到納米級別。隨著衍射光學(xué)元件逐漸使用在越來越多的光學(xué)系統(tǒng)中，研究人員開始展開了金剛石車削在微納加工及衍射元件加工方面的研究。對于特定的衍射元件，單點(diǎn)金剛石車削可以一次加工成型，加工效率高、重復(fù)性好，對于批量化生產(chǎn)的衍射

圖 1. 3 波帶片的單點(diǎn)金剛石車削Figure 1. 3 Processing of FZP by SPDT雖然單點(diǎn)金剛石車削可以完成連續(xù)面形結(jié)構(gòu)的切削，但是，金剛石車削由于接觸式切削的加工方式也帶來了一些固有的缺點(diǎn)，使得其在衍射光學(xué)元件的加過程中存在一些局限性，主要體現(xiàn)在：首先，金剛石車削對基底材料的選擇具一定的制約，比較適合切削的材料目前主要是金屬（例：銅、鋁）、一部分塑材質(zhì)（PMMA）和少量晶體材料，對于熔石英玻璃、碳化硅等光學(xué)材料的加工常困難。其次，單點(diǎn)金剛石車削由于刀具尺寸的限制不適合車削特征尺寸太小波帶片，在某些應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)，為了提高波帶片的空間分辨率，波帶片的最外環(huán)寬度很小，超出了金剛石加工的極限，對于這一類波帶片，仍舊需要使用可以工更小特征尺寸的半導(dǎo)體工藝。最后，由于工作方式是旋轉(zhuǎn)切削，所以金剛石削只能加工具有回轉(zhuǎn)對稱結(jié)構(gòu)的衍射元件，對于復(fù)雜圖形的加工具有一定的局

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]光學(xué)微透鏡陣列模壓成形研究進(jìn)展與展望[J]. 周天豐,解加慶,梁志強(qiáng),劉欣,劉曉華,王西彬.  中國光學(xué). 2017(05)
[2]用于空間望遠(yuǎn)鏡的大口徑高衍射效率薄膜菲涅爾衍射元件[J]. 王若秋,張志宇,薛棟林,張學(xué)軍.  紅外與激光工程. 2017(09)
[3]高衍射效率衍射望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的設(shè)計(jì)/加工及成像性能測試[J]. 王若秋,張志宇,國成立,薛棟林,張學(xué)軍,劉華.  光子學(xué)報. 2017(03)
[4]虛擬現(xiàn)實(shí)光學(xué)顯示技術(shù)[J]. 王涌天,程德文,許晨.  中國科學(xué):信息科學(xué). 2016(12)
[5]Effects of fabrication errors on diffraction efficiency for a diffractive membrane[J]. 王若秋,張志宇,國成立,薛棟林,張學(xué)軍.  Chinese Optics Letters. 2016(12)
[6]用于太空望遠(yuǎn)鏡的大口徑薄膜菲涅爾衍射元件[J]. 張健,栗孟娟,陰剛?cè)A,焦建超,劉正坤,徐向東,付紹軍.  光學(xué)精密工程. 2016(06)
[7]天基衍射成像系統(tǒng)及相關(guān)技術(shù)發(fā)展研究[J]. 劉韜.  國際太空. 2014(08)
[8]用于空間望遠(yuǎn)鏡的膜光子篩[J]. 劉民哲,劉華,許文斌,王泰升,盧振武,魚衛(wèi)星.  光學(xué)精密工程. 2014(08)
[9]硬X射線聚焦波帶片的設(shè)計(jì)及制作[J]. 付杰,王曉華,李金華,方鉉,魏志鵬.  光電工程. 2014(03)
[10]大口徑衍射望遠(yuǎn)系統(tǒng)公差分析及測量[J]. 劉華,盧振武,閆勇.  光子學(xué)報. 2013(10)

博士論文
[1]基于衍射成像系統(tǒng)的薄膜元件關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 王若秋.中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所 2017
[2]離軸非球面CCOS加工過程關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 鄭立功.中國科學(xué)院研究生院（長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所） 2003
[3]衍射光學(xué)元件制作及其在CCD相機(jī)光學(xué)系統(tǒng)中的應(yīng)用[D]. 李紅軍.中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所 2001

碩士論文
[1]折衍二元光學(xué)元件模壓技術(shù)研究[D]. 虎將.西安工業(yè)大學(xué) 2015
[2]衍射光學(xué)元件模壓制造技術(shù)研究[D]. 鞏燕龍.西安工業(yè)大學(xué) 2013



本文編號：3539625