异形光学元件加工技术研究

摘要

异形光学元件是新型光学元件的一类，它区别于普通光学元件，是具有特殊结构的光学元件。随着光子时代的到来、光电信息技术产业化升级，业界对异形光学元件的需求不断增加，对制作异形光学元件的技术研究也逐渐增多。与国外制作异形光学元件技术相比，我国在异形光学元件加工技术方面起步较晚、研究较少。
　　 本文分析总结了国内外超声波材料加工机理、材料去除率模型等相关理论，针对异形光学元件的加工方法及工艺特性进行了研究，将光学加工技术与超声加工技术相结合，设计了超声加工变幅杆、研制了专用超声加工系统和曲面抛光系统，制作出多种异形光学元件。
　　 本文结合超声波变幅杆的基本原理、设计原则及方法，对无负载变幅杆的基本理论和设计开展了研究，设计并制作了不同材料的单一阶梯形变幅杆、圆锥形变幅杆和全波长两级串联推动变幅杆。依据有负载变幅杆共振频率受力阻抗和受工具头影响的理论，设计制作了不同材料的有负载的单一变幅杆和两级串联变幅杆。采用将工具头与末端变幅杆结合组成新的L4段的办法，有效地提高了超声加工光学玻璃的加工效率。
　　 论文研究了超声加工光学玻璃系统的设计方法，设计了新型的超声加工光学玻璃系统。加工系统采用工具头往复运动的工作方式，有效的提高了超声加工的效率，成功制作了细深孔光学元件和曲面光学元件。此外还设计并且制作了直线往复曲面光学元件抛光系统，实现了曲面光学元件的抛光。
　　 论文以超声波加工材料去除率理论为基础，对异形光学元件加工的影响因素进行了研究，分别对往复系统、静压力、截面积不同工具头、变幅杆及磨料的选择四个方面对加工效率的影响因素加以分析。得出有往复系统的超声加工设备在一定静压力下能够获得较高的加工效率。此外要根据不同的制作要求选择适合的变幅杆和工具头，来保证制作异形光学元件有较高的加工效率。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题的目的和意义

1.2国内外研究现状

1.3课题的研究内容

第2章 光学元件超声波加工原理研究

2.1超声波加工的基本原理和特点

2.2超声波加工机理研究

2.2.1超声波加工材料去除率理论

2.2.2光学元件的超声抛光理论

2.3超声波清洗的基本原理

2.4本章小结

第3章超声变幅杆的设计与实现

3.1超声变幅杆的基本理论及设计

3.1.1超声变幅杆的基本理论

3.1.2超声变幅杆的设计方法及原则

3.2纵向振动变幅杆的设计

3.2.1单一变幅杆的设计与实现

3.2.2复合变幅杆的设计

3.3有负载变幅杆的设计与制作

3.4本章小结

第4章 异型光学元件的实现

4.1超声波加工光学玻璃系统研制

4.2曲面光学元件抛光系统设计

4.3异形光学元件的实现

4.3.1细深孔光学元件的试制

4.3.2曲面光学元件的制作

4.4本章小结

第5章异形光学元件加工的影响因素分析

5.1超声加工光学元件的影响因素

5.1.1往复装置对加工效率的影响

5.1.2截面积不同工具头对加工效率的影响

5.1.3变幅杆及磨料对加工效率的影响

5.1.4静压力对加工效率的影响

5.2曲面光学元件抛光的影响因素

5.3本章小结

结束语

参考文献

致谢