CN101907781B - 一种具有光束会聚功能的光学平板制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有光束会聚功能的光学平板制作方法。现有技术中固体透镜件体积大、不能实现超分辨，同时液体透镜具有流动性大、无固定形状、需要封装使用。本发明方法是基于多级散射层光束聚焦原理，首先制备具有多级散射的散射片，然后构建入射光束波前相位优化系统，利用经过多级散射层聚焦的光束波前相位优化方法，得到多级散射层聚焦所需的入射光束优化波前相位分布，再利用光刻方法制备具有入射光束优化波前相位分布的相位片，最后利用光学胶合剂将相位片和散射片进行粘合在一起，得到具有光束会聚功能的光学平板。本发明制作方法简单，制作的聚焦部件具有器件体积小、重量轻、集成度高、聚焦效果显著等特点。

Description

一种具有光束会聚功能的光学平板制作方法

技术领域

本发明属于光学技术领域，涉及一种光学平板制作方法，特别是一种具有会聚功能的光学平板制作方法。主要用于光信息储存、光学显微、光刻、超分辨等领域。

技术背景

具有光束会聚功能的器件广泛存在于现有光学系统中，是光学成像技术的基础，在现有光学技术中发挥不可替代的作用。例如，在光信息储存系统中，光束需要聚焦到光存储材料上，并使其某种光学特性发生变化，分辨光学特性变化进而实现信息的存在，这里光束聚焦到光存储材料上所必需的就是具有光束会聚功能的器件，通常使用我们所熟悉的透镜聚焦；在成像光学系统中，包括照相机、摄像机等，具有光束会聚功能的器件也广泛存在，因为需要将物成像到底片或光电传感器感光平面上，具有光束会聚功能的器件必不可少，现有技术中通常采用玻璃或高分子材料凸透镜。在先技术中广泛应用凸透镜实现光束会聚功能，由于不能实现超分辨、其几何尺寸大等特点无法适用于高集成度的光学系统。随着光学技术的发展，近期科学家们研制出了液体透镜，可以实现光束会聚功能，进而可以应用到光学成像系统中，参见发明专利，无机械运动变焦照相透镜组对有限远成像的光学设计方法，授权公告号CN100430774C，液体透镜虽然具有可调焦特点，但是由于液体具有很好的流动性，无固定形状，需要封装使用，并且对封装的密封性要求高，使用方式复杂，本质上限制了液体透镜的使用和推广，也不适用于高集成度光学系统。

发明内容

本发明的目的在于针对上述在先技术的不足，提供一种具有光束会聚功能的光学平板制作方法。

本发明的基本构思是：基于多级散射层光束聚焦原理，首先制备具有多级散射的散射片；然后，构建入射光束波前相位优化系统，利用经过多级散射层聚焦的光束波前相位优化方法，得到多级散射层聚焦所需的入射光束优化波前相位分布；再利用光刻方法制备具有入射光束优化波前相位分布的相位片；最后利用光学胶合剂将相位片和散射片进行粘合在一起，得到具有光束会聚功能的光学平板。

本发明方法的具体制作步骤如下：

步骤(1)将含有纳米颗粒复合流体或胶体，喷涂或旋涂在透明光学基片上，干燥固化后形成具有多级散射的散射片；

步骤(2)构建经过多级散射层聚焦的光束波前相位优化光学平台，光学平台由光源、扩束准直器件、相位型空间光调制器、散射片、系统控制单元和光电探测器构成；扩束准直器件、相位型空间光调制器、散射片和光电探测器依次设置在光源发射光束的光路上，系统控制单元与相位型空间光调制器连接，光电探测器与系统控制单元相连接；

步骤(3)对光束波前相位进行优化，光源发射出的光束依次经过扩束准直器件、相位型空间光调制器和散射片，被设置在目标焦点区域的光电探测器接收，光电探测器探测到的光电信号传到系统控制单元，作为波前相位优化方法的反馈输入，系统控制单元根据波前相位优化方法得到每个像素点的优化相位值，并且记录，对相位型空间光调制器上光束覆盖区域的每个像素点优化过程结束后，得到了光束波前相位分布；

步骤(4)根据系统控制单元记录的光束波前相位分布，利用光刻方法，制作具有此相位分布的相位片；

步骤(5)利用光学胶合剂将相位片和散射片进行粘合在一起，形成一种具有光束会聚功能的光学平板。

本发明基于光学多级散射原理，制作出来的光束聚焦部件不含有普通光学透镜或液体透镜，并且是平板结构，本质上克服了在先技术中的传统光学聚焦部件体积大、不能实现超分辨等不粗。同时，又克服了液体透镜的流动性大、无固定形状、需要封装使用、对封装的密封性要求高、使用方式复杂等本质不足。本发明制作方法简单，并且制作出来的聚焦部件具有，器件体积小、重量轻、集成度高、聚焦效果显著等特点，与具有等效数值孔径的在线技术中的聚焦系统比较，焦斑的全高半宽量显著减小，实现了的超分辨聚焦特性。

附图说明

图1为本发明方法中搭建的光束波前相位优化光学平台示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

通常，在白色颜料、生物组织和纸张等多级散射层中，由于折射率的空间波动引起了光得多级散射，导致光束发散，不能聚焦。光源发出的光束经过扩束准直器件后，再经过多级散射层，由于在多级散射层中光发生多级散射，导致出射光束发散，更不能产生具有现象。在经典成像系统中，因为降低了系统的分辨能力，光束经过多级散射层时发生的多级散射是不利因素。本发明利用光束波前相位调节技术，并且将波前相位与多级散射作用耦合，通过优化波前相位使得多级散射光束在目标焦点区域相干，形成超分辨光束聚焦，进而提供一种具有光束会聚功能的光学平板制作方法，具体制作步骤如下：

步骤(1)将含有纳米氧化锌颗粒的白色染料喷涂在透明光学基片上，干燥固化形成具有多级散射的散射片。本实施例中，颜料涂层厚度为10微米；

步骤(2)构建经过多级散射层聚焦的光束波前相位优化光学平台。如图1所示，光学平台由光源1、扩束准直器件2、相位型空间光调制器3、散射片4、光电探测器5和系统控制单元6构成；扩束准直器件2、相位型空间光调制器3、散射片4和光电探测器5依次设置在光源1发射光束的光路上，系统控制单元6与相位型空间光调制器3连接，光电探测器5与系统控制单元6相连接。本实施例中光源1采用氦氖激光器，扩束准直器件2的扩束倍数为10倍；相位型空间光调制器3采用基于液晶的相位型空间光调制器，工作模式为透射型，像素阵列为1024x768，每个像素点尺寸为18μmX18μm；散射片4即步骤(1)制作出来的具有多级散射的散射片；光电探测器5采用电荷耦合器件，即通常称之为的CCD；系统控制单元6采用工控机；系统控制单元6与相位型空间光调制器3通过通用VGA接口连接；系统控制单元6与光电探测器5采用通用USB接口连接。

步骤(3)对光束波前相位进行优化，光源1发射出的光束依次经过扩束准直器件2、相位型空间光调制器3和多级散射层，被设置在目标焦点区域的光电探测器5接收，光电探测器5探测到的光电信号传到系统控制单元6，作为波前相位优化方法的反馈输入，系统控制单元6根据波前相位优化方法得到每个像素点的优化相位值，并且记录，对相位型空间光调制器3上光束覆盖区域的每个像素点优化过程结束后，得到了光束波前相位分布。

步骤(4)根据系统控制单元6记录的光束波前相位分布，利用光刻方法，制作具有此相位分布的相位片；

步骤(5)利用光学胶合剂将相位片和散射片进行粘合在一起，形成一种具有光束会聚功能的光学平板。

对本实施例制作出来的具有光束会聚功能的光学平板进行了实验验证和检测，结果表明光束经过光学平板产生聚焦现象，并且目标焦点区域光斑尺寸缩小，与具有等效数值孔径的在线技术中的聚焦系统比较，焦斑的全高半宽量减小为原来3/4，实现了的超分辨聚焦特性。

Claims (1)

1.一种具有光束会聚功能的光学平板制作方法，其特征在于该方法的具体步骤如下：

步骤(1)将含有纳米颗粒的复合流体或胶体，喷涂或旋涂在透明光学基片上，干燥固化后形成具有多级散射的散射片，其中颜料涂层的厚度为10微米；

步骤(2)构建经过多级散射层聚焦的光束波前相位优化光学平台；所述的光学平台由光源、扩束准直器件、相位型空间光调制器、具有多级散射的散射片、系统控制单元和光电探测器构成；扩束准直器件、相位型空间光调制器、具有多级散射的散射片和光电探测器依次设置在光源发射光束的光路上，系统控制单元与相位型空间光调制器连接，光电探测器与系统控制单元相连接；

步骤(3)对光束波前相位进行优化，光源发射出的光束依次经过扩束准直器件、相位型空间光调制器和具有多级散射的散射片，被设置在目标焦点区域的光电探测器接收，光电探测器探测到的光电信号传到系统控制单元，作为波前相位优化方法的反馈输入，系统控制单元根据波前相位优化方法得到每个像素点的优化相位值，并且记录，对相位型空间光调制器上光束覆盖区域的每个像素点优化过程结束后，得到了光束波前相位分布；

步骤(4)根据系统控制单元记录的光束波前相位分布，利用光刻方法，制作具有此相位分布的相位片；

步骤(5)利用光学胶合剂将相位片和具有多级散射的散射片进行粘合在一起，形成一种具有光束会聚功能的光学平板。

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