組合型大口徑衍射光學元件的製作方法

2023-05-26 23:21:31 3

專利名稱：組合型大口徑衍射光學元件的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種衍射光學元件，具體涉及應用於大通光口徑光學系統中的衍射光學元件。
由於受光學材料、加工設備和加工工藝的限制，大口徑衍射光學元件製作尚未得到很好解決。從現有的加工工藝條件來看傳統的集成電路製作技術因均勻性影響元件的口徑不能做得很大，雷射直寫技術只能實現直徑150mm以內的衍射元件圖形製作，具體參見P.Langlois，H.Jerominek，L.Lederc and J.Pan，「Diffractive opticalelements fabricated by laser direct writing and other techniques」.SPIE1992，Vol.1751。金剛石車削加工工藝雖然可以製作直徑達300mm的衍射光學元件，但由於受到某些光學材料尺度的限制，而不能製作。具體參見李應選，「紅外光學元件的精密切削加工與鍍膜」，雲光技術，Vol.31，No.4，1999。
本發明的目的是提出一種不受光學材料尺度和衍射光學元件直徑的限制、用常規加工設備及工藝技術條件就可製成組合型大口徑衍射光學元件。
本發明的目的是這樣實現的，包括衍射光學元件，支承衍射光學元件的支承架。衍射光學元件是由若干個衍射單元元件組合而成，單元元件可以是多種形狀，如扇形、六角形、三角形等。單元元件的表面位相結構圖形是根據衍射光學元件的表面位相函數以及單元元件的形狀及位置確定的。支承架是由帶腹條的基座、固定壓板和外框架構成。
首先將單元元件按表面位相結構圖形拼裝在帶凹槽的內圓環和外圓環二個同軸圓環中間由腹條聯接的基座內，單元元件的一端嵌入基座的內圓環凹槽中，另一端通過固定壓板與螺釘固定在基座的外圓環上，然後將其置在外框架內，通過螺母與外框架連接成一體，組成一個組合型大口徑衍射光學元件，在外框架上設置有安裝孔，通過安裝孔可以將組合型大口徑衍射光學元件連接到光學系統中。
本實用新型的優點在於1.將大口徑衍射光學元件分解成若干個衍射單元元件，使其製作不受光學材料尺度、加工設備及工藝技術條件的限制。
2.將大口徑衍射光學元件分解成若干個衍射單元元件，解決了由於大口徑衍射光學元件所帶來的光學變形問題。
3.利用現有的材料、設備、加工工藝條件即可製作出大口徑的衍射光學元件。


如下圖1為本實用新型的結構剖面示意圖；圖2為本實用新型的基座的俯視示意圖；圖3為本實用新型的外框架的仰視示意圖。
以下結合附圖對本實用新型的實施例作詳細說明衍射單元元件的製備衍射單元元件的表面位相結構圖形是根據大口徑衍射光學元件的表面位相函數確定的，其表面位相函數為φ(r)＝-206.3045r2+433.709r4-32.5193r6+106.2705r8，其中r為大口徑衍射光學元件的半徑。衍射單元元件的形狀為扇形，共八片，由矽基材料用常規的衍射元件加工工藝製成。
支承架是由基座，固定壓板，外框架構成。基座是由內圓環和外圓環二個同軸圓環中間用八根腹條聯接，內圓環有一凹槽，與單元元件相接觸的凹槽的平面，腹條的平面和外圓環的平面的平面度要好，並保持共面，外圓環的邊上均布4個螺孔，供與固定壓板連接用。固定壓板是一個L型的圓環，其與單元元件相接觸的面的平面度要好。外框架由二個同軸環狀體中間用八根腹條聯接，外框架邊上設置有安裝孔，供與光學系統連接用。支承架由金屬材料製成，其膨脹係數與單元元件材料的膨脹係數相匹配即可。
將加工好的衍射單元元件1放入基座2內，在顯微鏡下使相鄰的衍射單元元件的衍射圖形對準，並且相鄰單元元件拼接在腹條202上，單元元件的一端嵌入基座2的內圓環凹槽201中，另一端通過固定壓板3與螺釘4固定在基座2的外圓環203上，然後將其置在外框架5內，通過螺母6與外框架5連接成一體，即成一個組合型大口徑衍射光學元件，通過安裝孔501可以將組合型大口徑衍射元件連接到光學系統中。
我們在紅外折衍混合施密特望遠系統中採用了上述結構的組合型大口徑衍射光學元件。紅外折衍混合施密特望遠系統主要光學指標為通光口徑 200mm中心波長 4.3μm視場角 10°相對孔徑 1/2裝有上述組合型大口徑衍射光學元件的紅外折衍混合望遠系統的光學質量達到了預期的設計要求。
權利要求1.一種組合型大口徑衍射光學元件，包括衍射光學元件，支承衍射光學元件的支承架，支承架是由基座、固定壓板和外框架構成，其特徵在於衍射光學元件是由若干個衍射單元元件(1)組合而成，單元元件的表面位相結構圖形是根據衍射光學元件的表面位相函數以及單元元件的形狀及位置確定的；單元元件按表面位相結構圖形拼接置在帶凹槽(201)的內圓環和外圓環(203)二個同軸圓環中間由腹條(202)聯接的基座(2)內，單元元件的一端嵌入基座的內圓環凹槽(201)中，另一端通過固定壓板(3)與螺釘(4)固定在基座的外圓環(203)上，基座(2)外置有外框架(5)，通過螺母(6)與外框架(5)連接成一體。
2.根據權利要求1一種組合型大口徑衍射光學元件，其特徵在於所說的單元元件可以是多種形狀，如扇形、六角形、三角形。
3.根據權利要求1一種組合型大口徑衍射光學元件，其特徵在於所說的單元元件由矽基材料製成。
4.根據權利要求1一種組合型大口徑衍射光學元件，其特徵在於所說的腹條(202)組成形狀與單元元件(1)形狀相一致。
5.根據權利要求1一種組合型大口徑衍射光學元件，其特徵在於所說的支承架由金屬材料製成，其膨脹係數與單元元件材料的膨脹係數相匹配即可。
專利摘要本實用新型是一種組合型大口徑衍射光學元件,包括衍射光學元件和支承架。衍射光學元件是由若干個衍射單元元件通過金屬支承架組裝而成。它適用於大通光口徑的光學系統中。其優點在於不受光學材料的尺寸限制,採用現有的材料、設備及加工技術即可製作,並且解決了由於衍射光學元件口徑過大而帶來的光學變形問題。
文檔編號G02B27/42GK2459675SQ0024970
公開日2001年11月14日 申請日期2000年10月19日 優先權日2000年10月19日
發明者郭晴, 郭中原, 楊一德, 楊存武, 肖金才, 沈蓓軍, 薛永琪 申請人:中國科學院上海技術物理研究所