【摘要】：微透鏡陣列單元直徑通常在微米級別,具有單元結(jié)構(gòu)尺寸小,集成度高以及光學(xué)功能豐富等特點。隨著光電技術(shù)的迅猛發(fā)展,對微透鏡陣列光電元件制造需求日益增加。為實現(xiàn)微透鏡陣列光電元件的大批量、高效率、高質(zhì)量生產(chǎn),在微納加工領(lǐng)域國內(nèi)外學(xué)者開展了大量的研究。目前,微透鏡陣列的加工方法主要有壓印痕法、超精密切削加工、超精密磨削加工、光刻膠熱熔法、飛秒激光酸刻蝕法等,但這些技術(shù)還不成熟,存在加工尺度較大,加工精度不高,加工效率極低等問題,仍處于探索階段。超精密切削是目前實現(xiàn)高精度、小尺度和大面積微透鏡陣列加工的主要方法。本論文主要研究微透鏡陣列的超精密慢刀伺服切削加工和超精密微銑削加工,研究兩種加工方法刀具軌跡生成機理,提出軌跡規(guī)劃方案。通過理論分析、有限元仿真和試驗相結(jié)合研究切削速度、切削深度、刀具前角和工件出口角等加工參數(shù)對微透鏡陣列加工精度的影響機理。對比分析慢刀伺服切削加工與微銑削加工的優(yōu)缺點。針對積屑瘤降低已加工表面的表面粗糙度,破壞表面完整性的問題,首先研究了單晶金剛石切削無氧銅時積屑瘤的形成機理,通過有限元仿真和超精密車削試驗,分析了切削深度和切削液對積屑瘤形成的影響規(guī)律。發(fā)現(xiàn)當切削深度較大時,在前刀面形成的高壓區(qū)阻礙了切屑的排出,促進了積屑瘤的形成。因此,提出“分步切削法”避免高壓區(qū)的形成,從而抑制積屑瘤的產(chǎn)生;并提出“刀-屑界面污染膜生成法”降低刀-屑接觸界面的摩擦系數(shù),抑制積屑瘤的形成。針對微透鏡陣列切削加工中毛刺的形成問題,通過設(shè)計單因素切削試驗,研究加工深度、進給速度和主軸轉(zhuǎn)速對毛刺形成的影響規(guī)律,并使用Third Wave AdvantEdge有限元仿真軟件對切削加工過程進行有限元仿真分析,研究刀具前角、工件出口角度對毛刺形成的作用機理。提出“減小刀具前角”和“減小微透鏡深徑比”的方法抑制毛刺的產(chǎn)生�；谝陨涎芯�,建立了微透鏡陣列形狀精度和表面質(zhì)量的工藝控制方法。通過加工參數(shù)的優(yōu)化,單個微透鏡的表面粗糙度Ra可達5nm,形狀精度PV可達43nm,微透鏡陣列中各透鏡單元之間的位置誤差小于10nm。
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TG506;TH74
【圖文】：

第 1 章 緒論1.1 微透鏡陣列超精密切削加工研究目的和意義(1) 微透鏡陣列的概念微透鏡是指整體尺寸很小的透鏡，通常其直徑在 10μm 到 lmm 級，由這些微小透鏡在基板上按特定形狀排列形成的陣列叫做微透鏡陣列[1]。目前光子學(xué)領(lǐng)域定義的微透鏡的范圍很廣，它包括直徑達到幾毫米的透鏡，列陣數(shù)目從幾百到幾千甚至幾萬[2]。相比于傳統(tǒng)透鏡，微透鏡陣列具有單元尺寸小、集成程度高的特點，因而擁有傳統(tǒng)透鏡無法實現(xiàn)的功能，并能構(gòu)成許多新型的光學(xué)系統(tǒng)。典型的微透鏡陣列單個微透鏡形狀有正方形、半球形和六邊形等，如圖 1.1 所示。

圖 1.2 基于微透鏡陣列的 3D 成像系統(tǒng)原理璃微納陣列在通信互聯(lián)中的應(yīng)用通信互聯(lián)技術(shù)的飛速發(fā)展和密集波分復(fù)用技術(shù)的廣泛應(yīng)用，向高集成和陣列化方向發(fā)展，要求將排列成陣列的光纖出射的束，或者將平行光束會聚并高效率耦合入光纖陣列。應(yīng)用的分布式微透鏡陣列可實現(xiàn)這一目的，如圖 1.3 所示。由于單～10μm，孔徑較小，要求微透鏡的數(shù)值孔徑與之匹配，單元透度高。

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本文編號：2726427