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.     

非球面透镜模压成型仿真技术

综述了目前光学玻璃模压成型技术状况,介绍了用于模压玻璃材料特点、材料参数的温度相关性及其在模压过程中所表现粘弹性力学特性,探讨了用于玻璃模压仿真中一些理论模型,包括力学模型、热传递、结构松弛模型及接触模型,并对模压仿真技术的应用情况进行了简要归纳与总结,并对未来发展方向进行了展望。     

具有良好光学表面的玻璃透镜模压成形技术

介绍具有良好光学表面的玻璃透镜模压成形技术的发展现状和利用这项技术制造玻璃透镜的方法及其关键的技术问题。     

玻璃光学元件精密模压成形技术

介绍了玻璃光学元件精密模压成形技术的原理、玻璃材料、模具制造、模具表面镀膜、结合有限元仿真的模压工艺优化和模压成形设备等核心技术的研究进展,并讨论了当前存在的问题。通过探讨玻璃模压成形技术在自由曲面、微结构、衍射结构表面和晶圆阵列等光学元件中的应用现状,对玻璃元件精密模压成形技术的发展趋势和挑战进行了展望。     

采用非接触式预热对模压红外透镜雾斑的影响

非球面红外透镜模压成型时,通过提高成型阶段温度可缩短透镜压切时间,从而提高模压效率,但易在透镜表面产生雾斑,像造透镜不良。本文通过对透镜雾斑的形成机理进行分析,采用一种非接触式预热模压工艺降低透镜雾斑的形成,并在多站式模压机上进行模压实验,使用能谱仪对雾斑的元素进行检测和分析。在本次模压实验中采用非接触式预热方式,当预热间隙为1 mm时将成型温度由206℃提升至211℃,透镜表面无雾斑生成,并使压切时间缩短了21 s。实验结果表明,在多站式模压中采用非接触式预热方式,可以有效消除透镜雾斑的形成。检测结果表明,成型阶段透镜材料的挥发对雾斑的形成起主导作用。     

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。     

精确聚焦非球面透镜数值解及其计算机模拟检测

利用计算机技术提出精确聚焦非球面透镜的数值解程序算法及其在计算机上进行光路模拟检验的程序算法。给出在这些算法的基础上所开发的精确聚焦非球面透镜的数值解系统软件运行的部分结果，以说明所设计的算法的正确性。     

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。     

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。     

非球面透镜在两波长间的补偿检验

在检验光路中,采用补偿透镜来补偿口径为φ500mm的非球面透镜的使用波长(λ=1053nm)与检测波长(λ=632.8nm)之间的色差。给出补偿透镜的求解方法,得到非球面透镜的补偿检验光路,并就非球面透镜的检验精度进行分析。通过精度分析可以看出,在此种补偿检验光路下,非球面透镜的透射波前PV不低于0.2λ(λ=632.8nm),可满足元件的精度要求。     

Diffractive-Refractive Achromatic Lens for Optical Disk System by Glass Molding

An erasable optical disk system requires an objective lens having minimum chromatic aberration. We estimated the chromatic aberration of a conventional refractive singlet. At shorter wavelengths, the focus shift of an objective lens exceeds its depth of focus. A diffractive-refractive hybrid lens can compensate chromatic aberration perfectly. Diffraction efficiency, however, decreases with the degree of compensation. We simulated the relationship between chromatic aberration and diffraction efficiency. Fabrication of designed lenses by glass molding was achieved, and the results showed excellent agreement with the simulation.     

考虑壁面接触效应的微流动数值模拟

使用level set和volume of fluid(VOF)方法对考虑壁面接触效应的不可压缩两相微流动进行数值模拟.对于level set方法,计算基于MAC网格,使用二阶投影算法求解二维Navier-Stokes(N-S)方程和level set函数方程;对于VOF方法,通过引入计算网格内的体积分数,将流场的参数转化为体积平均值,界面的形状由体积分数连续方程的解决定.给出一些计算实例,并和现有的实验结果进行比较.     

Enhancement of Optical Fiber Coupling Based on Collimated and Focused Laser Diode Beam with Micro Aspherical Plano-Convex Lens Fabricated by Excimer Laser

In this article, we have proposed and demonstrated experimentally the double plano-convex micro-aspherical lens scheme to amplify an edge-emitting laser diode (LD) to optical fiber coupler. Both microlenses have two different profiles along their x- and the y-axes direction. The optical simulation software Zemax is used to design and optimize the proposed microlens profile and then fabricate by an excimer laser micromachining system. Focal spot size of LD around 9 µm is achieved experimentally. Light coupling efficiency between LD and optical fiber, using this double plano-convex microlens, is 27.57% and 44.23% for single-mode and multi-mode fiber, respectively.     

玻璃微珠球度自动测试

将现代光学测试技术、计算机技术和光电子技术相结合, 研究了基于面阵CCD,成像物镜和微机的微小尺寸检测系统, 实现了二维尺寸的高精度、非接触、实时自动检测。系统结构简单, 易于操作, 对环境要求宽松。为实现二维尺寸的非接触自动检测, 需要获得被测工件的边缘轮廓参数。解决了非线性平滑、阈值确定和边缘提取等关键技术, 利用边缘轮廓跟踪的方法获取工件的边缘轮廓图像, 系统可精确地确定工件的边缘轮廓曲线。作为实例对微米级玻璃珠的球度进行了测试。该测试系统为非接触式测量, 克服了传统测试方法一些固有的缺点, 不会对工件造成永久性损伤。实验表明该系统测量范围大, 绝对精度达到3.0 μm, 重复性好。     

用非球面透镜制作光纤约1:1空间耦合器

针对光纤的泵浦耦合问题,对由两片非球面透镜组成的接近1:1光纤间空间耦合器进行了计算和实验验证.利用高斯光束的变化规律对光路进行了分析研究,并根据二极管输出光相干性不好的特点,对非球面透镜进行了光路追迹的模拟计算.研究发现,在泵浦光波长等因素发生变化时,利用椭球面透镜组成的耦合系统较双曲面透镜有更高的稳定性.实验中选用符合计算结果要求的非球面透镜组成耦合装置,利用一台二极管激光器(尾纤输出端面直径约200 μm,N.A.约0.2)泵浦一段芯径约200 μm(N.A.约0.42)的多模光纤,耦合装置的透过率约95%,在光纤端面有反射的条件下约90%的泵浦光耦合进光纤.     

闪耀角可调微型可编程光栅的优化设计与仿真模拟

基于体硅微加工技术,设计了一种闪耀角可调的微型可编程光栅,对该光栅进行优化设计,并理论计算不同闪耀角、入射角条件下相对光强分布,采用COMSOL有限元仿真软件模拟不同入射参量下远场相对光强分布.结果表明:设计的可编程光栅有效反射面积占光栅总面积的83.63%,比表面微加工技术设计的光栅提高8%以上,最大工作闪耀角为6.84°;当532nm波长垂直入射时,0~10°闪耀角调制范围内最大衍射效率为96.67%.     

GRIN透镜数值孔径测量

报导了以测量角透过光强方法为基础的ＧＲＩＮ透镜数值孔径测试仪的工作原理、特点和测量结果，其测量不确定度Ｕ（２σ）达到０．８％。     

超精光学玻璃圆球及超半球透镜的加工

本文在传统工艺的基础上介绍了一种简单易行且经济实用的超高精度光学圆球加工法,此法只需使用最简单的设备及装置便能达到超精要求。文章主要阐述越精光学玻璃圆球成型及精修的原理,其工艺过程中需要注意的问题及专用工装亦有述及。     

计算全息法检测离轴凸非球面照明镜组初始结构设计

设计一种特殊的应用于计算全息法(CGH)高精度检测离轴凸非球面系统的照明系统。该照明系统一方面用作参考系统,另一方面将检测光近似垂直投射到待检测镜面上,使得检测系统为近似共光路系统,降低照明系统的制造精度。分析了照明系统的几何光路模型,将复杂的两用途系统简化,得到照明系统工作距离、照明系统焦距以及参考面曲率半径三个特征参量之间的关系。设计时,通过控制这几个特征参量,得到满足检测要求的系统初始结构。设计结果表明,该方法可以满足系统使用要求。