薄膜光学微金字塔结构阵列的制备研究

为了解决薄膜光学微结构中等效折射率梯度分布的问题。本文研究了轮廓渐变的薄膜微金字塔结构阵列,分析了微金字塔结构的典型制备工艺,提出了一种单点金刚石车削,结合纳米压印与电感耦合等离子体刻蚀技术的制备方法。实验结果表明:单点金刚石飞切形成的金字塔结构单元的尺寸可以在1~10μm之间进行调控,切削5min可以形成直径12.5mm的微结构成型区域;纳米压印技术与电感耦合等离子体刻蚀方法的结合,实现了薄膜光学微金字塔结构阵列的制备。

红外光学元件的补偿加工技术研究

为了实现红外材料光学元件的高精度制造,文中研究了单点金刚石车削加工(SPDT)技术,并针对面形检测中存在的面形误差较大的问题,提出了采用补偿加工技术,以面形检测数据为基础,反馈修正车削加工程序,再次对红外材料光学元件进行修正加工,有效地提高了其面形精度。实验结果表明:对于某口径为30mm的ZnSe材料二次非球面元件,采用补偿加工技术后,其面形精度从PV=252.4nm和RMS=67.28nm提升到PV=58.3nm和RMS=10.62nm;对于某口径为40mm的Ge材料高次非球面元件,面形精度从PV=181.0nm和RMS=44.0nm提升到PV=60.0nm和RMS=7.35nm;这充分说明了该技术的可靠性,该技术能够有效地提高红外材料光学元件的制造精度。

氮化硅微金字塔结构化薄膜的分光特性研究

为研究氮化硅微金字塔结构化薄膜的分光特性,使用单点金刚石切削制备微金字塔结构,结合纳米压印技术制备氮化硅微金字塔结构薄膜,对其透射率与散射进行检测。通过对底面角度可变的氮化硅微金字塔结构化薄膜的近场光场分布展开仿真分析与实验研究,基于射线追踪方法建立数值仿真模型分析结构化薄膜的近场光场分布。研究结果表明:通过调整切削方向实现对微金字塔结构阵列底面角度0°～90°的控制,检测结果证明薄膜光学微金字塔结构化薄膜可以实现对光束传播方向与能量分布的调制,改变微金字塔结构的底面角度,可以让光波按照底角的设计传播,这一现象为微光电系统的光路设计提供了更广的自由度。

Zernike多项式的条纹反射三维面形重建算法研究

针对光学镜面测量中的面形重构问题,提出了一种基于Zernike正交多项式的面形重建方法。通过理论推导建立了面形重建数学模型;利用Matlab仿真模拟,分析了Zernike项数与采样点数的关系,研究了不同项数及采样点数对重建结果的影响;以双曲面为例进行了算法的有效性验证,给出了重建后面形的36项Zernike系数;最后对算法进行了噪声等级变化分析。研究结果表明:对于一个初始面形峰谷值(PV)为0.007 5 mm,均方根值(RMS)为0.001 1 mm的双曲面,选择Zernike前36项系数、采样点数为300时,拟合面形残差PV=2.664 5e-15 mm,RMS=4.661 6e-16 mm,拟合效果较好,且当噪声在15%以内,算法适用性较好。研究结果为后续复杂镜面条纹反射测量提供参考。

宽束径离子束抛光KDP晶体表面粗糙度特征研究

为了研究离子束抛光KDP晶体工艺参数对表面粗糙度的影响,实现对KDP晶体的抛光,文中使用微波离子源对KDP晶体进行抛光加工,采用非接触式表面轮廓仪对抛光后晶体的表面粗糙度进行测量。基于离子束溅射模型分析离子束水平入射角对抛光结果的影响,并结合实验进行验证;通过实验研究离子束入射能量、氩气流量和抛光时间对抛光结果的影响;根据工艺参数对抛光结果的影响特性设计正交实验,探索离子束刻蚀抛光KDP晶体最优工艺。研究结果表明:抛光后的晶体表面粗糙度随着离子束水平入射角的增大而降低;对于入射离子束能量,抛光后的晶体表面粗糙度在200~400 eV范围内有下降趋势,其中在400 eV出现最小值,当入射能量进一步提高时,表面粗糙度将逐渐变大。对于氩气流量,在氩气流量为20~30 sccm范围内出现粗糙度最小值,随着氩气流量进一步增大,粗糙度变大。对于加工时间,抛光时间由22 min增大到44 min时,表面粗糙度有所降低,随着加工时间继续增大,粗糙度变大,表面朝恶化趋势发展;离子束抛光KDP晶体最佳工艺参数为:离子束压400 eV,氩气流量25 sccm、抛光时间44 min,将尺寸为50 mm×50 mm的KDP晶体表面粗糙度Sq由2.50nm降低到1.68 nm。