大口径菲涅尔透镜制造关键技术研究与应用

大口径菲涅尔透镜已经成为现代新型投影显示终端核心光学器件,受大口径超精密金刚石机床尺寸限制,大口径菲涅尔透镜制造一直是是世界性技术难题,超大口径菲涅尔透镜制造成为新型投影显示领域制造的技术瓶颈。本文发明了一种大口径菲涅尔透镜制造应用创新平台。通过在数控压印光学辊筒超精密金刚石机床上采用金刚石雕刻刀具雕刻菲涅尔微细结构在锥形压印辊筒上的方法,独创一种大口径制造菲涅尔透镜的新方法,同时实现菲涅尔透镜多个领域应用。

大口径菲涅耳透镜远距离宽光谱聚光系统设计

针对使用光纤光谱仪探测远距离宽光谱弱信号的应用需求,基于成像光学与非成像光学的混合设计方法,设计了大口径菲涅耳透镜聚光系统。系统由直径为1.1 m的菲涅耳透镜、匀光棒、全反射准直器和中继透镜组组成,接收端为直径为2 mm、数值孔径为0.22的光纤束。大口径菲涅耳透镜具有质轻体小的优点,解决了传统大口径透镜体积大质量大的问题。由匀光棒和全反射准直器组成的非成像光学元件后组可减小由菲涅耳透镜口径增大引起的球差和宽光谱色差,使光信号能量分布更加均匀且出射角度减小;中继透镜组进一步控制光束发散角和光斑尺寸,使光信号在光纤束端面高效率耦合,提高系统的光能利用率。仿真和实验结果均表明,所设计的后组系统能够减小像差影响,有效控制光束发散角度和光斑尺寸,提高光能利用率,满足光纤光谱仪对远距离宽光谱弱信号进行光谱探测的需要。