微小非球面玻璃透镜超精密模压成型数值模拟

利用非线性有限元软件MSC.Marc,建立了微小非球面玻璃透镜超精密模压的有限元模型,并进行了微小非球面玻璃透镜模压数值模拟分析.通过对比模拟出的不同加工参量下的成型透镜和模具的残余应力分布结果,得出最优的超精密模压成型的模压速率和模压温度范围,并解释了模压速率和模压温度影响微小非球面玻璃透镜成型质量的原因.模拟可以对实际的大批量生产微小非球面玻璃透镜提供有力的帮助.     

微小非球面玻璃透镜超精密模压成型数值模拟

利用非线性有限元软件MSC.Marc,建立了微小非球面玻璃透镜超精密模压的有限元模型,并进行了微小非球面玻璃透镜模压数值模拟分析.通过对比模拟出的不同加工参量下的成型透镜和模具的残余应力分布结果,得出最优的超精密模压成型的模压速率和模压温度范围,并解释了模压速率和模压温度影响微小非球面玻璃透镜成型质量的原因.模拟可以对实际的大批量生产微小非球面玻璃透镜提供有力的帮助.     

自由曲面光学透镜注射成型误差因素研究

自由曲面光学透镜注射成型误差对其光学性能将产生直接影响。注射成型过程中，注射工艺参数组合的优劣，直接影响成型误差的大小。为了获得高精密度的光学元件，就热塑性塑料的注射温度、模具温度、注射压力、保压压力及保压时间等主要工艺参数，对注射成型误差的影响进行综合研究,并且进行了实验验证。研究结果表明：适当提高注射温度与模具温度，同时采用高压注射、高压保压以及快速保压工艺，可显著降低注塑工件的体积收缩率，显著提高面形精密度，其光学表面面形误差小于0.1μm。可为注射工艺设计提供合理的依据。     

硫系玻璃衍射面模压成型仿真分析与实验研究

为了减小玻璃模压工艺中硫系玻璃衍射光学元件的面形误差,对衍射结构的填充效果和衍射光学元件的应力进行研究。建立了局部衍射结构有限元仿真分析模型,分析了模压温度、模压速度、摩擦系数等因素对衍射结构填充效果和应力的影响,并在仿真结果的指导下进行实验研究,实验结果表明衍射结构的填充效果和应力对面形均有影响,衍射结构填充得越充分、应力越小,成型透镜的面形精度越高,最终得到的成型透镜面形误差为0.3053μm,表面粗糙度Ra为2.95 nm。     

基于自动对焦技术的透镜曲率半径检测

为实现光学透镜曲率半径的快速准确测量,设计了一种基于自动对焦技术的非接触式透镜曲率半径测量方案。测量系统分别在被测透镜表面的顶点位置和曲率中心位置自动对焦,系统所记录的两个位置之间的距离即为曲率半径。针对透镜曲率半径检测应用,对自动对焦技术进行了改进:将连通区域提取技术应用于定位目标图像,提高了清晰度评价函数的灵敏度;利用均值比较法和三点法改进了传统爬山搜索策略。实验结果表明:基于自动对焦技术的透镜曲率半径检测是有效的,测量误差低于0.196%,测量重复性好于0.109%。该方法已经成功应用于透镜曲率半径测量仪。     

光学系统透镜热形变特性仿真研究

光学系统透镜组件在环境温度变化时发生的形变,特别是透镜的厚度、面形以及透镜间空间位置的变化,对系统成像质量有着不可忽视的影响。分析计算了某型导引头光学系统透镜组件在温度载荷下的形变特性。计算结果表明,当环境温度从20℃降低到-40℃时,透镜表面位移呈现出显著的梯度变化,7个透镜中表面的最大位移达0.05mm,透镜厚度的变化率超过0.05%,透镜间距离的最大变化率为3.46%。利用数据重构技术,计算结果可以作为透镜镜面形变分析的参考数据。     

光学微透镜阵列模压成形研究进展与展望

光学微透镜阵列在光学系统中的应用广泛,需求量大,而玻璃模压成形技术是最高效的微透镜阵列量产加工方法,具有精度高,一致性好,生产成本低等特点,有重要的应用研究价值。本文介绍了光学微透镜阵列的设计原理,模具制造技术,模压成形技术及相应检测技术;重点介绍了微透镜阵列模压成形试验与有限元仿真研究的最新进展;最后对微透镜模压成形发展前景进行了展望,包括微透镜阵列模压材料,模具表面镀层技术及超声复合加工技术在微透镜阵列模压成形中的应用等。     

辐射式高温计简介

高温测量一般指700℃至6 000℃范围内的温度测量,有两种测量方式,一种为接触式测量,另一种为非接触式测量,接触式测量是用热电感进行的,测量范围为700℃至2 000℃左右;非接触式测量仪器有光学式高温计和辐射式高温计两种.     

多脉冲激光对胶合透镜热破坏效应研究

具有一定强度的激光辐照胶合透镜时可造成透镜的破坏.建立了多脉冲激光与材料相互作用的一维非稳态温度场模型，计算了瞬态温度场分布，并对胶合透镜前表面的熔融和胶合材料的软化进行了数值模拟研究.利用频率为10Hz，脉冲宽度为200ns，峰值功率为20MW的CO₂激光对胶合透镜进行辐照实验研究.实验表明，当激光辐照时间为12s时，胶合透镜前表面发生熔融破坏；当照射时间为30s时，胶合材料发生软化并出现彩色斑纹，透镜完全破坏，理论分析与实验结果相符. 关键词： 胶合透镜 激光辐照 激光破坏     

高质量光刻胶微小透镜阵列的制作

本文对光刻胶熔融法制作微小透镜阵列的机理进行了进一步深入的理论和实验研究,特别是提出和研究了非球面表面的形成问题。对微小透镜,特别是非球面形成过程的参数控制,例如对光刻胶小圆柱的高度、熔融光刻胶和基片的接触角的控制进行了较详细的讨论。我们制出了具有较好性能的微小透镜列阵,并给出了测量结果以及实物和成象照片。最后,给出了一种建议采用的实时控制高质量微小透镜列阵形成的装置方案。     

连续变焦的聚合物分散液晶电控透镜

介绍了一种基于聚合物分散液晶材料的连续调焦电控透镜.在聚合物分散液晶盒的上表面电极上刻蚀圆孔,形成一个非对称电极,在液晶盒上下极板之间,诱发一个非均匀电场,从而引起聚合物分散液晶材料的折射率非均匀分布,形成电控变焦透镜.阐述了聚合物分散液晶可调焦透镜的基本原理,分析了透镜孔径对聚合物分散液晶透镜焦距的影响,在直径3mm和6mm的圆孔条件下,分别测量了透镜焦距随电压的变化关系.结果表明:电压从50V加到170V的过程中,透镜焦距逐渐减短,刻蚀3mm圆孔的聚合物分散液晶盒焦距从1.361 63m到0.429 21m,刻蚀6mm圆孔的聚合物分散液晶盒焦距从1.769 92m到0.548 43m.     

热透镜技术中反射和透射两种探测方式的比较分析

热透镜技术按照测量方式的不同可以分为反射式和透射式两种。这两种方式的灵敏度强烈地依赖于样品的热物理性质,对于不同的样品,选择合适的测量构型尤为重要。采用高斯激光束作为加热光源,分别从理论和实验上比较分析了模式不匹配的反射式和透射式两种热透镜探测构型在测量以BK7玻璃和石英为基底的高反射光学薄膜弱吸收中的应用,结果表明,对以BK7玻璃为基底的样品,采用反射式探测构型具有较高的灵敏度,而对以石英为基底的样品而言,采用透射式探测构型则具有更高的灵敏度,为实际光学薄膜吸收损耗测试灵敏度的提高提供了理论和实验依据。     

电场作用下的变焦非球面液滴微透镜

提出了一种制作变焦非球面液滴微透镜并在线检测其光学性能的新方法。在实时进行光学检测的条件下,选择光固化材料,利用电场作用操控液滴透镜的面形实现变焦,在检测到较好的透镜面形和聚焦状态时,采用紫外光固化技术使液滴透镜固化,可制作具有良好光学成像和聚焦性能的非球面微透镜。研制了紫外光固化非球面液滴微透镜制作平台及在线检测系统,实验观察并讨论了液滴透镜面形和聚焦光斑随电场作用的变化规律,成功实现了液滴透镜的变焦,并获得了良好的非球面面形和聚焦光斑,证明了用此方法制作高成像性能的非球面微透镜的可行性。     

表面热透镜技术测量光学薄膜样品表面热变形

给出了连续调制激励光照射下光学薄膜样品表面热变形场的理论分布,并由此定义了表面热透镜(STL)信号。根据表面热透镜理论实验测量了一个BK7基底高反膜样品的形变,给出了表面热透镜信号随调制频率的变化曲线。实验结果表明:在采用的STL实验构型中,探测了最小1.985 nm的直流形变,对应不调制时的形变为3.97 nm,相应的形变探测灵敏度达到了10 pm量级;直流形变与功率成线性关系;交流表面热透镜信号随着频率增大而减小,在高频端近似成线性减小。     

反射式热透镜时变信号测量固体热扩散率的研究

介绍了采用反射式热透镜时变信号测量固体热扩散率的一种简便方法,该方法结合表面热透镜技术原理,采用表面透镜的动态变化和反射的探测光发散的幅度来确定固体的热扩散率,相对于传统的热扩散率测量方法要快捷简单。对较大范围的一系列物质的热学特性进行了实验研究,证明了其实用性。     

微透镜阵列的铸塑复制技术

在光刻热熔成型以及电铸复制得到的微透镜阵列镍板基础上,采用静态铸塑技术,得到了高质量的PMMA微透镜阵列。本文介绍了静态铸塑的聚合反应理论基础、模具设计以及工艺过程。最后对微透镜阵列的复制精度进行分析,结果表明复制精度优于0.5μm.     

三级公自转行星系统中弯月透镜表面膜厚均匀性的研究

为提高弯月透镜表面的膜厚均匀性,对三级公自转行星系统中弯月透镜表面进行了膜厚均匀性的研究。构建了三级公自转行星盘的运动轨迹方程,并根据膜厚计算公式,建立了与三级盘倾角、公转半径有关的弯月透镜表面相对膜厚分布模型,采用电子束蒸发和离子束辅助沉积技术对分布模型进行了实验验证。此外,根据多次实验结果优化三级公自转行星系统结构参数,以提高弯月透镜表面的膜厚均匀性。实验结果表明,在未使用修正挡板技术的情况下,当公转半径为650 mm、倾角为60°时,可将弯月透镜凸面表面膜厚均匀性控制在±2.45%以内。     

基于定抛物面调制的直下式匀光照明透镜设计

对于近场大角度的匀光照明系统,透镜的一般设计方法是采用内表面为球形的自由曲面透镜设计,计算的自由曲面透镜只需考虑一次折射。但是当角度达到一定范围时,在透镜的内表面容易发生全反射,导致目标面照度不均匀。为了在近场照明系统中得到更大角度的配光,提出一种以合适的抛物面作为自由曲面透镜的内表面的设计方法,内抛物面先对光源的能量进行一次扩散,再计算自由曲面面型,通过模拟仿真,实现了在距离光源15 mm处形成半径40 mm的光斑,均匀度达到95%,能量利用率达到97.8%,相对于传统的直下式透镜,提高了照明的均匀度,同时减少了箱体的厚度。     

用激光清洗金膜表面硅油污染物

采用CO2激光对镀金K9玻璃表面的二甲基硅油污染物进行清洗,在激光器单点作用模式下,分别研究了激光功率和作用时间对清洗效果的影响;并研究了连续扫描工作模式下的激光清洗效果。采用光学显微镜和傅里叶变换红外光谱仪表征激光清洗效果,研究结果表明:通过良好的控制激光参数,采用CO2激光清洗二甲基硅油具有明显的效果;此种非接触式清洗方式可确保K9玻璃表面的金膜完好无损。采用有限元分析软件模拟计算了激光功率和作用时间对清洗过程中温度的影响,计算结果与实验结果规律一致。     

大口径石英基底衍射透镜的高精度制备方法

针对传统接触式曝光过程中掩模版因自身重力产生形变从而引入不可忽视的线宽误差和位置误差的问题,提出了一种大口径石英基底衍射透镜的高精度制备方法.采用背面具有真空道的高平面度、高强度金属校正工装吸附在掩模版上,利用掩模版上下表面的压强差使其与工装高度贴合,确保掩模版的高平面度.待石英基底所有区域均与掩模版结构面紧密贴合后取下工装.完成接触式曝光和显影后,采用反应离子刻蚀技术对大口径石英基底进行刻蚀,最终得到高精度微纳米结构.经有限元分析,使用该校正工装后,掩模版的形变量由28.85μm减小为0.88μm.实验结果表明,采用该方法制备的口径430mm两台阶石英基底菲涅尔衍射透镜波像差优于1/25λ,平均衍射效率为38.24%,达到理论值的94.35%,具有良好的聚焦和光学成像效果.