红外光学镜头中衍射元件的设计加工及检测

作     者：程习敏 

作者单位：中国科学院研究生院（光电技术研究所） 

学位级别：硕士

导师姓名：谢伟民

授予年度：2015年

学科分类：070207[理学-光学] 07[理学] 08[工学] 0803[工学-光学工程] 0702[理学-物理学] 

主      题：衍射光学 反衍混合元件 红外光学系统 单点金刚石车削 

摘      要：衍射光学元件具有独特的负温度特性和负色散特性,与常规的折射光学元件或反射光学元件结合可以很好得消除系统热差和色差,为系统提供更多的设计自由度和更大的选材限度,减小系统体积,减轻系统重量,简化系统结构,改善光学系统成像质量,降低生产成本[1-4]。现如今已广泛应用于光通讯,光计算,光传感,娱乐消费,生物医学和国防军事等诸多领域。近年来,随着加工技术的不断发展与进步,已经可以在各种光学材料表面刻蚀高精度的微浮雕结构,制作成折衍或反衍混合元件,并在实际光学系统中取得了良好的成像效果。本论文首先介绍了课题的研究背景和研究意义,论述了衍射光学元件的发展历史和国内外发展现状及衍射元件的制作工艺概况;应用光学原理阐述了衍射元件的成像理论,包括标量衍射理论和矢量衍射理论,对其位相特性,衍射效率,色差及热差特性进行研究,并将之应用于本课题推导出反衍混合红外光学系统的成像特性;基于原有卡式折反结构在主镜上引入衍射面设计了一个新的反衍混合光学系统,并从点列图,能量集中度,光学调制传递函数等方面对其成像质量进行综合评价;结合加工装校计算了系统公差,分析了系统的温度特性,结果表明系统加入衍射面以后像质明显提高且对热不敏感。然后总结归纳了衍射光学元件的不同加工方法及各种方法的特点,详细介绍了利用单点金刚石车削(SPDT)技术在铝基底表面加工反衍混合镜面的主要工艺过程,给出了加工结果。简述了微结构表面的检测方法,利用白光干涉仪对衍射镜面进行检测,联系加工工艺分析了误差的来源和影响。最后对全文工作进行回顾总结并作出展望。