成像衍射光学元件模芯的超精密制造技术研究
成像衍射光学元件具有特殊的光学特性和温度特性，在现代光学系统中具有重要应用价值，并广泛应用于探测和成像技术领域。利用复制成型技术可实现衍射光学元件的批量化生产，而其模芯的超精密制造是复制成型工艺链中非常关键的环节。单点金刚石车削技术作为一种高精度、高效率的超精密加工方式，为实现衍射光学元件模芯的超精密制造提供了新的思路。但车削产生衍射微结构的制造误差会严重影响成型衍射光学元件的光学性能，进而影响光学系统的成像质量。为探究衍射光学模芯单点金刚石车削的制造误差对成型衍射光学元件光学性能的影响，本文以多色光积分衍射效率为评价指标，对衍射光学模芯的单点金刚石超精密车削的工艺过程展开讨论，并基于单点金刚石车削的工艺特点提出衍射微结构车削工艺优化。具体研究内容如下： 首先，介绍了衍射光学元件的结构特征、成像特性等衍射光学元件的基本理论，并基于衍射光学元件的结构特点，从遮挡效应和散射效应两方面分析衍射微结构的制造误差对衍射效率的影响，并建立微结构制造误差与衍射效率之间的数学关系，为后续的分析和讨论提供理论基础。 其次，对超精密切削的基本机理展开讨论，并分析不同车削工艺参数和金刚石刀具参数对超精密车削过程的影响，并据此讨论车削工艺参数和刀具几何参数的选择依据。随后分析车削工艺参数和刀具几何参数与衍射微结构的制造误差之间的关系，并建立车削工艺参数和刀具几何参数与衍射效率之间的数学关系模型。 最后，利用有限元分析对模芯的超精密车削过程进行仿真分析，从而得到最佳的工艺参数组合。基于上述理论模型，针对刀具水平偏转角和刀具几何形状两方面提出工艺优化，并完成了铝合金衍射光学模芯的单点金刚石车削实验和硫系玻璃衍射光学元件的模压成型实验。实验结果表明：采用该优化方法选择工艺参数，能够降低模芯制造误差对衍射效率的影响，提高衍射光学元件的光学性能，为单点金刚石车削衍射光学模芯的工程应用提供技术支持。
光学元件模芯;单点金刚石车削;工艺参数;衍射效率
长春理工大学
硕士
光学工程
霍富荣
2022
中文
TN256
2023-02-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）