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                  超精密機械加工技術(shù)在微光學(xué)元件中的應用

                  微光學(xué)概述定義與名稱(chēng)

                  微光學(xué)是一門(mén)屬于多門(mén)前沿學(xué)科交叉領(lǐng)域的新興科學(xué)。微光學(xué)借助于微電子工業(yè)技術(shù)的***新研究成果,是國際上***前沿研究方向之一,并具有廣泛的應用前途。

                  微光學(xué)元件(MOC),指面形精度可達亞微米級,表面粗糙度可達納米級的自由光學(xué)曲面及微結構光學(xué)元件。自由光學(xué)曲面包括有回轉軸的回轉非球面(如拋物面、漸開(kāi)面等),和沒(méi)有任何對稱(chēng)軸的非回轉非球面。

                  微結構是指具有特定功能的微小表面拓撲形狀,如凹槽、微透鏡陣列等,如圖1所示的微金字塔結構表面。

                   

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                  這些結構決定了對光線(xiàn)的反射,透射或衍射性能,便于光學(xué)設計者優(yōu)化光學(xué)系統,減輕重量,縮小體積。典型微光學(xué)元件如全息透鏡、衍射光學(xué)元件(DOE)和梯度折射率透鏡等,將這些微光學(xué)元件應用在各種光電子儀器中,可以使光電子儀器及其零部件更加小型化、陣列化和集成化。

                  微光學(xué)元件的應用

                  微光學(xué)元件是制造小型光電子系統的關(guān)鍵元件,它具有體積小、質(zhì)量輕、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn),并且能夠實(shí)現普通光學(xué)元件難以實(shí)現的微小、陣列、集成、成像和波面轉換等新功能。隨著(zhù)系統小型化不斷的成為一種趨勢,幾乎在所有的工程應用領(lǐng)域中,無(wú)論是現代國防科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域,還是普通的工業(yè)領(lǐng)域的應用前景。

                  軍用方面,西方國家在70年代以后研制和生產(chǎn)的軍用光電系統,如軍用激光裝置、熱成像裝置、微光夜視頭盔、紅外掃描裝置、導彈引導頭和各種變焦鏡頭,均已在不同程度上采用了非球面光學(xué)零件。

                  在一般民用光電系統方面,自由非球面零件可以大量地應用到各種光電成像系統中。如飛機中提供飛行信息的顯示系統;攝象機的取景器、變焦鏡頭;紅外廣角地平儀中的鍺透鏡;錄像、錄音用顯微物鏡讀出頭;醫療診斷用的間接眼底鏡,內窺鏡,漸進(jìn)鏡片等。

                  微結構光學(xué)元件應用更是廣泛,如光纖連接器中的微槽結構,液晶顯示屏的微透鏡陣列,及用于激光掃描的F-theta鏡片,激光頭的分光器等,這些微結構光學(xué)元件在很多我們日常使用的產(chǎn)品中都有應用,比如手機、掌上電腦、CD和DVD等。

                  微光學(xué)元件加工方法

                  由于受應用需求的驅動(dòng),對微光學(xué)元件加工技術(shù)的研究也在不斷深入,出現了多種現代加工技術(shù),如電子束寫(xiě)技術(shù)、激光束寫(xiě)技術(shù)、光刻技術(shù)、蝕刻技術(shù)、LIGA技術(shù),復制技術(shù)和鍍膜技術(shù)等,其中***為成熟的技術(shù)是蝕刻技術(shù)和LIGA技術(shù)。

                  這些技術(shù)基本都是從微電子元器件的微細加工技術(shù)發(fā)展而來(lái),但與電子原件不同,三維成型精度和裝配精度對光學(xué)元件來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的,將會(huì )直接影響其性能,因此這些方法各自都有它自身的缺陷和使用的局限性。如由于視場(chǎng)深度的限制,光刻技術(shù)******于二微結構和小深寬比三維結構的加工;采用犧牲層蝕刻技術(shù),雖然可以實(shí)現準三維加工,但易使材料產(chǎn)生內應力,影響***終的機械性能,且設備造價(jià)非常昂貴;LIGA技術(shù)利用的高準直度的X射線(xiàn)光源,一般要通過(guò)同步輻射加速器得到,造價(jià)比光刻設備還要高許多,一般實(shí)驗室和企業(yè)都很難負擔得起;電子束寫(xiě)技術(shù)能夠加工納米級的精密結構,但效率低,難以進(jìn)行批量生產(chǎn)。復制技術(shù),包括熱壓成型法、模壓成型法和注射成型法等,是一種適于批量生產(chǎn)的低成本技術(shù),但要求其模具具有較高精度和耐用性。

                  微光學(xué)元件的另一加工方法是超精密機械加工技術(shù)。***近“財富”雜志上有這樣一句話(huà):“超精密加工技術(shù)對光學(xué)元件的作用猶如當初集成電路對電子元件的作用”。這句話(huà)雖然不無(wú)夸張,卻說(shuō)明了用超精密機械加工技術(shù)進(jìn)行微光學(xué)元件的加工已經(jīng)引起人們極大的重視。


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