CN1057842C - 一种衍射光学和毫米波元件 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光学和毫米波技术领域，涉及一种基于衍射原理的光学和毫米波元件的设计和加工技术。解决面形结构的误差大、加工难的问题。本发明在衍射元件片基上制备连续曲面和三角面形，降低了加工难度，提高了元件的性能和质量。可广泛用于衍射元件的加工技术领域，它可用于制作毫米波成象元件，光学反射镜、光学透镜等。
Description
本发明属于光学和毫米波技术领域，涉及一种基于衍射原理的光学和毫米波元件的设计和加工技术。
目前，在衍射光学元件加工领域，衍射光学元件表面有三种结构：1、把元件的每个子区域加工成连续的面形。2、用多个台阶去逼近连续的曲面面形。3、用三角形去近似代替连续的曲面面形。上述结构存在的问题有：第1种，它可构成最理想的衍射光学元件，但由于现有加工手段所限，很难制作出具有连续曲面面形的元件。第2种，利用目前加工工艺可较容易实现，这种结构需要多套掩摸板进行套刻，工艺复杂，操作步骤繁多，每一步骤都不可避免地存在一定的误差，由于误差积累而影响元件的最终质量。第3种结构最容易实现，但由于用三角面形代替连续的曲面而存在一定的误差，导致性能、质量下降，因而使元件性能和质量不理想。
本发明的目的是提供一种新的衍射光学和毫米波元件，解决子区域具有连续曲面面形结构加工难且不容易实现。三角面形结构误差大，元件质量不理想的难题，提高元件的性能和质量，降低加工难度。
本发明包含有：一种是在片基1的表面制备连续的曲面环带2，第二种是在片基1的表面制备三角面形的环带3，本发明是在片基1表面的中心根据需要制备连续曲面环带2，并且在片基1表面连续曲面环带2的外围制备三角面形环带3。
为说明上述观点，举例如下：
利用衍射原理设计的菲涅尔透镜，对其各环带的面形误差进行逐一比较。这种透镜是由一系列具有一定结构的环带构成。若每个环带都采用连续曲面的一部分，这种结构的透镜是理想的。若采用三角面形结构其加工容易，但有一定的误差，这种误差对透镜的性能和质量有影响，三角面形结构与连续曲面结构的误差为： 式中：f为透镜的焦距，N为从片基中心算起的环带数，rN和rN-1分别为第N个环带和第N-1个环带的半径，而y取值范围为rN-1≤y≤rN。通过计算每一环带中的极大误差为： 式中λ为毫米波或光波的工作波长。由公式(2)可知当N＝1时，第一环带的误差为λ/8，当N＝2时，第二环带误差为λ/46，当N＝3时，第三环带误差为λ/79，当N＝4时，第四环带误差为λ/111……，上述误差为面形的峰谷值，不是均方根值。
本发明的积极效果是克服了上述几种结构的缺点并兼顾它们的优点，在片基表面中心环带制备连续曲面，其它环带制成三角面形而代替了连续曲面，这种有机结合的结构，可以减少三角面形结构带来的精度误差，又可减少连续曲面结构带来的加工难的问题，则与已有技术相比，元件的性能和质量大大提高。由(2)式知：当环带N值增加时，连续曲面与三角面形的误差急剧下降。对于一般的衍射光学或毫米波元件，λ/20的误差就可以满足光学系统的要求。在这种情况下，我们只要把元件的第一环带做成连续的曲面，而其它环带用三角面形代替就足够了。若对精度要求较高的元件，把片基中心的几个环带制成连续的曲面就可以满足使用要求。
图1是本发明具有一个曲面的环带分布示意图。
图2是本发明具有二个曲面的环带分布示意图。
本发明的实施例：片基1可选择对电磁波透射或反射材料。可选择金属材料，如铝、铜等，还可选择介质材料，如聚四氟乙烯、聚苯乙烯、有机玻璃等。图1是具有一个连续曲面环带2，其它环带是环带3一个实施例，其加工精度要求低于λ/20。图2是具有两个连续曲面环带2，而其它环带是环带3的一个实施例，其加工精度要求低于λ/40。连续曲面环带2可采用旋转抛物面或旋转双曲面。环带2的数目根据元件性能和精度要求可以增加或减少。
Claims (1)
1、一种衍射光学和毫米波元件，它包含有：在片基1的表面制备连续的曲面环带2或制备三角面形的环带3，其特征在于：在片基1表面的中心根据需要制备连续曲面环带2，并且在片基1表面连续曲面环带2的外围制备三角面形环带3，三角面形结构与连续曲面结构的误差为： 式中：f为透镜的焦距，N为从片基中心算起的环带数，rN和rN-1分别为第N个环带和第N-1个环带的半径，而y取值范围为rN-1≤y≤rN。
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