基于表面压痕技术的微透镜加工及其面形控制

发布时间：2017-10-09 04:06

  本文关键词：基于表面压痕技术的微透镜加工及其面形控制

  更多相关文章： 机械压痕 加速浸泡 压密区域 面形控制 凹微透镜阵列

【摘要】：随着微型化和智能化成为现代工业和科技发展的主要方向,当前的仪器设备已朝着光、机、电集成的趋势发展。微光学元件的制造技术作为微光学技术的核心内容,也是各国精密制造领域的研究热点。因此微型化、低成本、低功耗的微透镜及其阵列的制作技术成为人们关注的焦点,其应用对航空航天、传感、遥感、国防及生物医学等领域产生了重要影响。本文将采用一种全新的基于硅-氧基玻璃材料表面机械压痕技术的微透镜及其阵列的制作方法,来实现微米和纳米尺度高质量微透镜及其阵列的精密加工。由于玻璃材料具备良好的机械强度、热膨胀及光学性能,是反射镜、透镜和微透镜制作的最常用的材料之一。但是,玻璃的高脆性又使得通过传统的机械加工来获得光滑、无裂纹的表面是非常困难的。因此,本文将采用“表面机械压痕技术”和“压痕压密区域加速浸泡”相结合的方法制作微透镜及其阵列。通过对脆性材料压痕机理的研究分析,得出压痕压密区域的范围;通过研究退火处理对压痕压密区域微观结构变化的影响,确定了压密区域加速溶解现象的机理;研究压痕实验参数变化对微透镜最终面形的影响,包括:浸泡时间,压痕载荷,压头几何结构;得出微透镜面形随浸泡时间变化的数学模型,并确定了达到微透镜面形要求的初始时间;最后使用Zemax光学仿真软件对实验制得的微透镜阵列进行光学性能仿真测试。相比于传统方法,该方法无需光刻或者掩膜,加工工艺简单,成本更加低廉,透镜表面粗糙度和面形的精度更加可控。本方法将提供微透镜制造领域的一种全新方法,能够有效的为微光学技术应用提供支撑。
【关键词】：机械压痕 加速浸泡 压密区域 面形控制 凹微透镜阵列
【学位授予单位】：中国民航大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH74
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第一章 绪论9-21
• 1.1 研究背景9-10
• 1.1.1 微光学及微光学元件9-10
• 1.1.2 微透镜及微透镜阵列10
• 1.2 微透镜制作技术研究现状10-16
• 1.2.1 微透镜的研究进展10-11
• 1.2.2 微透镜及其阵列制作技术11-16
• 1.3 微透镜及其阵列在航空航天领域的主要应用及前景16-19
• 1.4 课题研究意义及研究内容19-21
• 1.4.1 课题选题意义19-20
• 1.4.2 本文的研究内容20-21
• 第二章 折射式微透镜加工及面形控制的实验方法21-30
• 2.1 实验材料及实验设备21-25
• 2.1.1 实验材料21-22
• 2.1.2 实验设备介绍22-25
• 2.2 实验步骤25-28
• 2.2.1 材料表面机械压痕实验25-27
• 2.2.2 压痕退火处理27
• 2.2.3 碱性溶液浸泡实验27
• 2.2.4 压痕几何形貌测量27-28
• 2.3 面形控制的实验方法28-29
• 2.3.1 压痕载荷变化28
• 2.3.2 压头几何结构变化28-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第三章 实验结果及讨论分析30-47
• 3.1 脆性材料表面机械压痕机理30-32
• 3.1.1 压痕变形机制30-31
• 3.1.2 压痕压密区域微观结构分析31-32
• 3.2 压密区域加速溶解现象机理分析32-37
• 3.2.1 未经退火处理的压痕形貌33-35
• 3.2.2 经过退火处理的压痕形貌35-36
• 3.2.3 加速溶解现象机理分析36-37
• 3.3 微透镜面形控制与结果讨论37-46
• 3.3.1 微透镜面形随时间变化规律37-39
• 3.3.2 微透镜面形随浸泡时间变化模型39-42
• 3.3.3 微透镜面形随压痕载荷变化规律42
• 3.3.4 压头几何结构对微透镜面形的影响42-45
• 3.3.5 微透镜阵列的均匀性分析45-46
• 3.4 本章小结46-47
• 第四章 微透镜阵列光学性能仿真测试47-52
• 4.1 微透镜阵列的Zemax仿真47-50
• 4.1.1 微透镜阵列光学性能测试的仿真原理47-48
• 4.1.2 微透镜阵列的Zemax仿真48-50
• 4.2 微透镜焦距检测50-51
• 4.3 本章小结51-52
• 第五章 总结与展望52-54
• 5.1 本文总结52-53
• 5.2 后续工作展望53-54
• 致谢54-55
• 参考文献55-58

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9 庄思聪,朱瑞兴;一种制作微透镜阵列的方法[J];上海师范大学学报(自然科学版);1997年02期

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2 赖建军;柯才军;周宏;易新建;;图形转移工艺制作聚合物折射微透镜阵列[A];大珩先生九十华诞文集暨中国光学学会2004年学术大会论文集[C];2004年

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4 张彦峰;陈钰杰;余思远;;单晶金刚石微透镜阵列的制备研究[A];2013广东材料发展论坛——战略性新兴产业发展与新材料科技创新研讨会论文摘要集[C];2013年

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本文编号：998042