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光学元器件

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超精密机械加工技术在微光学元件制造中的应用

导读: 超精密机械加工技术是利用刀具改变材料形状或破坏材料表层,以切削形式来达到所要求的形状。如单晶金刚石车削与铣削、磨削、快速切削和机械抛光等。

  1微光学概述

  1.1定义与名称

  微光学是一门属于多门前沿学科交叉领域的新兴科学。微光学借助于微电子工业技术的最新研究成果,是国际上最前沿研究方向之一,并具有广泛的应用前途。

  微光学元件(MOC),指面形精度可达亚微米级,表面粗糙度可达纳米级的自由光学曲面及微结构光学元件。自由光学曲面包括有回转轴的回转非球面(如抛物面、渐开面等),和没有任何对称轴的非回转非球面。

  微结构是指具有特定功能的微小表面拓扑形状,如凹槽、微透镜阵列等,如图1所示的微金字塔结构表面。

  图1微金字塔结构

  这些结构决定了对光线的反射,透射或衍射性能,便于光学设计者优化光学系统,减轻重量,缩小体积。典型微光学元件如全息透镜、衍射光学元件(DOE)和梯度折射率透镜等,将这些微光学元件应用在各种光电子仪器中,可以使光电子仪器及其零部件更加小型化、阵列化和集成化。

  1.2微光学元件的应用

  微光学元件是制造小型光电子系统的关键元件,它具有体积小、质量轻、造价低等优点,并且能够实现普通光学元件难以实现的微小、阵列、集成、成像和波面转换等新功能。随着系统小型化不断的成为一种趋势,几乎在所有的工程应用领域中,无论是现代国防科学技术领域,还是普通的工业领域的应用前景。

  军用方面,西方国家在70年代以后研制和生产的军用光电系统,如军用激光装置、热成像装置、微光夜视头盔、红外扫描装置、导弹引导头和各种变焦镜头,均已在不同程度上采用了非球面光学零件。

  在一般民用光电系统方面,自由非球面零件可以大量地应用到各种光电成像系统中。如飞机中提供飞行信息的显示系统;摄象机的取景器、变焦镜头;红外广角地平仪中的锗透镜;录像、录音用显微物镜读出头;医疗诊断用的间接眼底镜,内窥镜,渐进镜片等。

  微结构光学元件应用更是广泛,如光纤连接器中的微槽结构,液晶显示屏的微透镜阵列,及用于激光扫描的F-theta镜片,激光头的分光器等,这些微结构光学元件在很多我们日常使用的产品中都有应用,比如手机、掌上电脑、CD和DVD等。

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