方形自聚焦透镜及阵列的理论分析和制作工艺

摘要

为了适应科技的发展，光学元件的微型化势必使分立元件向阵列元件发展。为发挥光子作为信息载体所具有的高速度、并行性、大容量和巨大的互连能力，就要发展密集、规则排列、光性均匀的微透镜阵列。只是目前所使用阵列的元透镜多是圆柱形或半球形的，尽管采用六角形排列其填充系数(受光面积与总面积的比率)最高能达到90.7％左右，但仍不能很好消除透镜元间的空隙对光信息的损耗，所以不可能从根本上解决提高受光面积、减少光信息损失的问题。 本文针对提高填充系数这一问题，首先研制方形自聚焦透镜，并提出了两种研制方案： 其一，先对圆柱形玻璃棒进行离子交换，再加工成方柱棒；其二，先将圆柱形玻璃棒加工成方柱棒，再进行离子交换。加工方面还好控制，离子交换这一步相对要复杂的多，因它涉及到交换时间，长了或短了都会影响透镜的光学性能。圆柱形玻璃棒的离子交换已是成熟的理论，但变成方形后几经实验才摸索出了需要的条件。把两种方案制成的方柱棒制成样品，并分别对光学特性进行测试。通过比较得知选用第二种方案制出的方形透镜性能更好些。 在排方形自聚焦透镜元阵列(SSLA)时我们就选用第二种方案制出的方形透镜，由于SSLA是有十几根，甚至是几十根、几百根棒透镜排列而成。为保证SSLA在整个阵列范围内光学特性一致，必须使这些棒透镜几何尺寸精确，光学性能一致。为此，在工艺中应采取一系列均匀化措施，比如：玻璃棒的尺寸均匀性；玻璃的光学均匀性；离子交换工艺的均匀性(盐浴浓度、温度、时间等)等。按一定规律把已均匀化处理的方形透镜元排成阵列，按成像所要满足的条件把已均匀化处理的方形透镜元按一定规律排成阵列，按成像所要满足的条件加工成样品，进而对阵列的成像情况进行分析。实验证明方形自聚焦透镜的研制成功给SSLA指明了方向，使提高填充系数这一难题有得以解决的可能。

目录

文摘

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第一章前言

第二章微小光学的相关知识

第三章方形自聚焦透镜制造的基本理论

第四章方形自聚焦透镜的制作过程

第五章方形自聚焦透镜光学特性的测试

第六章方形自聚焦微透镜元阵列

第七章结论

攻读硕士期间工作情况

致谢