基于液滴固化技术的微透镜设计制造及其应用研究

摘要

非球面透镜相比于普通球透镜具有消除球差和像散，提高光学成像性能的优点，逐渐成为光学领域重要器件之一。本文提出基于液滴固化技术的非球面透镜设计和制造方法，以及针对椭圆非球面透镜和对数型锥透镜两种非球面透镜的应用研究。
　　本文主要研究工作主要有以下两个方面:
　　1、首先介绍了实验室已有的液滴固化技术。即利用电场力作用调节液滴面形，并结合紫外光固化技术制造可控面形的非球面透镜方法。在课题组已有工作基础上，对半导体激光器（LD）准直透镜制作实验平台进行结构优化，设计并制作出用于半导体激光器光束准直的椭圆基底非球面透镜。该设计方案不仅能够消除半导体激光器光束准直过程中的球差和场曲，同时利用其非圆底面（椭圆面）的特性，有效控制透镜子午和弧矢两方向曲率半径，从而进一步消除激光器的像散，提高能量利用率。
　　2、利用液滴透镜制作实验平台设计制造锥型液滴透镜，并研究其光学性能。提出利用对数型锥透镜的焦线特性，解决球面复眼系统成像过程中球透镜产生的离焦问题。设计锥透镜焦深范围满足复眼系统各子眼通道成像。通过仿真分析，研究了对数型锥透镜的轴上与离轴成像特性;并利用金刚石切削技术和翻模技术实现该对数型锥透镜的批量制造。实验检测结果表明，锥透镜焦线范围内轴上成像光斑直径保持一致;离轴成像时产生的十字光斑，可以通过提取交叉点，确定复眼系统子眼通道离轴成像光斑中心位置。该设计方案可用于消除球透镜固有的离焦发散现象，提高复眼系统各子眼通道光斑中心探测精度，有效改善系统成像质量。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 研究背景

1．2．1 非球面加工技术

1．2．2 半导体激光器准直技术

1．2．3 曲面复眼系统

1．3 本文主要研究内容及论文结构

1．3．1 本文主要内容

1．3．2 文章主要结构

第二章 非球面液滴透镜实验系统

2．1 非球面相关知识

2．1．1 非球面的定义

2．1．2 非球面的分类

2．1．3 非球面的光学性质

2．2 电场力作用下液滴透镜制造技术

2．2．1 液滴固化技术实验系统

2．2．2 液滴透镜相关研究基础

2．3 本章小结

第三章 半导体激光器准直透镜制造

3．1 半导体激光器光束特性

3．1．1 半导体激光器的发散角

3．1．2 半导体激光器的像散

3．2 准直实验系统结构优化设计

3．2．1 非球面液滴透镜的制作方案简介

3．2．2 系统优化设计

3．3 准直实验结果分析

3．4 本章小结

第四章 锥透镜设计制造及应用

4．1 锥透镜相关知识

4．1．1 对数型锥透镜相位方程

4．1．2 液滴固化技术制造对数型锥透镜

4．2 复眼系统简介

4．3 锥透镜设计制造

4．3．1 锥透镜面形设计

4．3．2 Tracepro光学软件仿真设计

4．3．3 锥透镜的制造

4．4 锥透镜检测实验

4．4．1 锥透镜轴向成像检测

4．4．2 锥透镜离轴成像检测

4．4．3 锥透镜离轴斜面成像检测

4．5 本章小结

第五章 总结和展望

5．1 本文工作内容及创新点

5．2 不足之处及工作展望

参考文献

在读期间发表的学术论文与取得的研究成果

致谢