本文關(guān)鍵詞：基于表面壓痕技術(shù)的微透鏡加工及其面形控制

  更多相關(guān)文章： 機(jī)械壓痕 加速浸泡 壓密區(qū)域 面形控制 凹微透鏡陣列

【摘要】：隨著微型化和智能化成為現(xiàn)代工業(yè)和科技發(fā)展的主要方向,當(dāng)前的儀器設(shè)備已朝著光、機(jī)、電集成的趨勢發(fā)展。微光學(xué)元件的制造技術(shù)作為微光學(xué)技術(shù)的核心內(nèi)容,也是各國精密制造領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。因此微型化、低成本、低功耗的微透鏡及其陣列的制作技術(shù)成為人們關(guān)注的焦點(diǎn),其應(yīng)用對航空航天、傳感、遙感、國防及生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域產(chǎn)生了重要影響。本文將采用一種全新的基于硅-氧基玻璃材料表面機(jī)械壓痕技術(shù)的微透鏡及其陣列的制作方法,來實(shí)現(xiàn)微米和納米尺度高質(zhì)量微透鏡及其陣列的精密加工。由于玻璃材料具備良好的機(jī)械強(qiáng)度、熱膨脹及光學(xué)性能,是反射鏡、透鏡和微透鏡制作的最常用的材料之一。但是,玻璃的高脆性又使得通過傳統(tǒng)的機(jī)械加工來獲得光滑、無裂紋的表面是非常困難的。因此,本文將采用“表面機(jī)械壓痕技術(shù)”和“壓痕壓密區(qū)域加速浸泡”相結(jié)合的方法制作微透鏡及其陣列。通過對脆性材料壓痕機(jī)理的研究分析,得出壓痕壓密區(qū)域的范圍;通過研究退火處理對壓痕壓密區(qū)域微觀結(jié)構(gòu)變化的影響,確定了壓密區(qū)域加速溶解現(xiàn)象的機(jī)理;研究壓痕實(shí)驗(yàn)參數(shù)變化對微透鏡最終面形的影響,包括:浸泡時(shí)間,壓痕載荷,壓頭幾何結(jié)構(gòu);得出微透鏡面形隨浸泡時(shí)間變化的數(shù)學(xué)模型,并確定了達(dá)到微透鏡面形要求的初始時(shí)間;最后使用Zemax光學(xué)仿真軟件對實(shí)驗(yàn)制得的微透鏡陣列進(jìn)行光學(xué)性能仿真測試。相比于傳統(tǒng)方法,該方法無需光刻或者掩膜,加工工藝簡單,成本更加低廉,透鏡表面粗糙度和面形的精度更加可控。本方法將提供微透鏡制造領(lǐng)域的一種全新方法,能夠有效的為微光學(xué)技術(shù)應(yīng)用提供支撐。
【關(guān)鍵詞】：機(jī)械壓痕 加速浸泡 壓密區(qū)域 面形控制 凹微透鏡陣列
【學(xué)位授予單位】：中國民航大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TH74
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第一章 緒論9-21
• 1.1 研究背景9-10
• 1.1.1 微光學(xué)及微光學(xué)元件9-10
• 1.1.2 微透鏡及微透鏡陣列10
• 1.2 微透鏡制作技術(shù)研究現(xiàn)狀10-16
• 1.2.1 微透鏡的研究進(jìn)展10-11
• 1.2.2 微透鏡及其陣列制作技術(shù)11-16
• 1.3 微透鏡及其陣列在航空航天領(lǐng)域的主要應(yīng)用及前景16-19
• 1.4 課題研究意義及研究內(nèi)容19-21
• 1.4.1 課題選題意義19-20
• 1.4.2 本文的研究內(nèi)容20-21
• 第二章 折射式微透鏡加工及面形控制的實(shí)驗(yàn)方法21-30
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料及實(shí)驗(yàn)設(shè)備21-25
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)材料21-22
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備介紹22-25
• 2.2 實(shí)驗(yàn)步驟25-28
• 2.2.1 材料表面機(jī)械壓痕實(shí)驗(yàn)25-27
• 2.2.2 壓痕退火處理27
• 2.2.3 堿性溶液浸泡實(shí)驗(yàn)27
• 2.2.4 壓痕幾何形貌測量27-28
• 2.3 面形控制的實(shí)驗(yàn)方法28-29
• 2.3.1 壓痕載荷變化28
• 2.3.2 壓頭幾何結(jié)構(gòu)變化28-29
• 2.4 本章小結(jié)29-30
• 第三章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論分析30-47
• 3.1 脆性材料表面機(jī)械壓痕機(jī)理30-32
• 3.1.1 壓痕變形機(jī)制30-31
• 3.1.2 壓痕壓密區(qū)域微觀結(jié)構(gòu)分析31-32
• 3.2 壓密區(qū)域加速溶解現(xiàn)象機(jī)理分析32-37
• 3.2.1 未經(jīng)退火處理的壓痕形貌33-35
• 3.2.2 經(jīng)過退火處理的壓痕形貌35-36
• 3.2.3 加速溶解現(xiàn)象機(jī)理分析36-37
• 3.3 微透鏡面形控制與結(jié)果討論37-46
• 3.3.1 微透鏡面形隨時(shí)間變化規(guī)律37-39
• 3.3.2 微透鏡面形隨浸泡時(shí)間變化模型39-42
• 3.3.3 微透鏡面形隨壓痕載荷變化規(guī)律42
• 3.3.4 壓頭幾何結(jié)構(gòu)對微透鏡面形的影響42-45
• 3.3.5 微透鏡陣列的均勻性分析45-46
• 3.4 本章小結(jié)46-47
• 第四章 微透鏡陣列光學(xué)性能仿真測試47-52
• 4.1 微透鏡陣列的Zemax仿真47-50
• 4.1.1 微透鏡陣列光學(xué)性能測試的仿真原理47-48
• 4.1.2 微透鏡陣列的Zemax仿真48-50
• 4.2 微透鏡焦距檢測50-51
• 4.3 本章小結(jié)51-52
• 第五章 總結(jié)與展望52-54
• 5.1 本文總結(jié)52-53
• 5.2 后續(xù)工作展望53-54
• 致謝54-55
• 參考文獻(xiàn)55-58

【相似文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：998042