CN109590602B - 一种制作非球面的方法 - Google Patents

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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/02—Simple or compound lenses with non-spherical faces

Abstract

本发明公开了一种制作非球面的方法，通过利用飞秒激光对光学平片玻璃进行辐照，通过调节激光的能量密度和辐照轨迹以及运行速度等条件来改变玻璃的折射率分布，通过调整光学平片厚度与飞秒激光作用时间及作用轨迹实现不同区域的折射率变化，使得复合式镜片达到非球面的效果，但同时又不会对光学平片玻璃造成损坏，也不需要后续的化学或物理等相关方法的处理，简便快捷。

Description

一种制作非球面的方法
技术领域
本发明涉及光学元件制作技术领域，尤其是一种制作非球面的方法。
背景技术
现有技术中，制作非球面一般都是通过采用传统加工方式或精密车床制作，其不仅难度大、而且制作效率及产品良率不高。目前中国科学院上海光学精密机械研究所，何飞、程亚、林锦添、徐至展等人提出了一种《应用飞秒激光在石英玻璃基体上制备微光学元件的方法》，其采用飞秒激光辐照、化学腐蚀和氢氧焰抛光三步法，可以实现非球面、平面、标准球面等任意面形的加工；氢氧火焰抛光，生成物只有水、对环境友好、抛光速度快，同时避开了物理接触和化学反应，另外火焰的高温可以修复微加工造成的晶格损伤，解决了普通抛轮无法解决的难题。但是加工工艺复杂，难度系数大，且化学腐蚀和氢氧焰高温修复的危险性高，不易操作。
特别是，对于LD发散角大的柱面，例如θ=±45°，很难达到理想的准直效果。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明的技术目的在于提供一种加工可靠、操作方便且便于控制的制作非球面的方法。
为了实现上述的技术目的，本发明的技术方案为：
一种制作非球面的方法，利用飞秒激光器对光学平片进行飞秒激光辐照，通过调节飞秒激光的能量密度、辐照轨迹和运行速度，使光学平片的折射率分布发生改变，通过调节光学平片厚度H与飞秒激光辐照作用时间，实现光程△n*H的变化，令光学平片达到非球面的效果。
进一步，所述光学平片位于同侧端面的飞秒激光辐照轨迹为沿辐照端面中心位置呈同心圆状逐渐向辐照端面边缘进行连续飞秒激光辐照。
进一步，所述飞秒激光器经过一个会聚透镜形成束腰直径为2ω0的光束，用于辐照平片玻璃，且束腰直径2ω0为可调节的。
作为本发明一种制作非球面的方法在两片式复合非球面透镜制作中的应用，其包括沿光路传播方向依序设置的光学平片和平凸透镜，通过改变飞秒激光器的束腰直径和辐照速度对光学平片进行飞秒激光辐照，使光学平片的折射率分布改变，令组合的复合透镜达到非球面透镜的效果。
作为本发明一种制作非球面的方法在三片式结构非球面透镜制作中的应用，所述的三片式结构包括沿光路传播方向依次设置的第一透镜、平片玻璃和第二透镜，通过调节飞秒激光器的辐照轨迹和强度来改变平片玻璃的折射率分布，使得三片式结构达到非球面透镜的效果。
作为本发明一种制作非球面的方法在非球柱面透镜制作中的应用，其包括沿光路传播方向依序设置的第一透镜、光学平片和第二透镜，通过飞秒激光器对光学平片进行飞秒激光辐照，通过改变辐照强度和轨迹，使光学平片的折射率成长条状分布，将其制作成长条柱面补偿片，令第一透镜、光学平片和第二透镜构成非球柱面透镜，这对于LD发散角较大的柱面，比如θ=±45°，可以达到理想的准直效果。
采用上述的技术方案，本发明通过利用飞秒激光对光学平片玻璃进行辐照，通过调节激光的能量密度和辐照轨迹以及运行速度等条件来改变玻璃的折射率分布，通过调整光学平片厚度与飞秒激光作用实现不同区域的△n*H变化，从而实现折射率分布的改变，从而实现折射率分布的改变，以达到非球面的效果，但同时又不会对光学平片玻璃形成表面的破坏，也不需要后续的化学或物理等相关方法的处理，简便快捷，另外还可以通过控制飞秒激光辐照轨迹中每圈的辐照时间来控制折射率变化，而平片厚度H则用来控制△n*H，从而达到非球面效果。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的阐述：
图1为本发明实施例1中改变光学平片折射率分布的简要加工示意图；
图2为本发明实施例1飞秒激光器进行刻蚀加工时的刻蚀轨迹简要示意图；
图3为现有技术中其中一种两片式复合非球面透镜的简要示意图；
图4为本发明实施例2中复合三片式的非球面透镜的结构简要示意图；
图5为本发明实施例3中非球柱面透镜的结构简要示意图。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，一种制作非球面的方法，利用飞秒激光器2对光学平片1进行飞秒激光辐照，通过调节飞秒激光的能量密度或束腰直径大小、辐照轨迹和运行速度，使光学平片的折射率分布发生改变，通过光学平片厚度H与飞秒激光辐照作用实现不同区域的△n*H（光程）变化，令光学平片1与普通透镜复合后的效果达到如图3所示现有技术中非球面透镜的非球面效果，其中所述光学平片1位于同侧端面的飞秒激光辐照轨迹为沿辐照端面中心位置呈同心圆状逐渐向辐照端面边缘进行连续飞秒激光辐照，其轨迹如图2所示。另外，所述飞秒激光器2在激光刻蚀时的束腰直径为2ω0，且该束腰直径根据需要可以通过一个双凸透镜进行调节。
实施例2
如图4所示，本实施例将实施例1中制作非球面的方法应用在三片式结构的复合非球面透镜的制作中，其包括沿光路传播方向依序设置的第一透镜1、光学平片2和第二透镜3，通过飞秒激光器对光学平片2进行飞秒激光辐照，使光学平片2的折射率分布改变，令第一透镜1、光学平片2和第二透镜3构成的三片式复合透镜达到非球面透镜的效果。
实施例3
如图5所示，本实施例将实施例1中制作非球面的方法应用在非球柱面透镜的制作中，其包括沿光路传播方向依序设置的第一透镜1、光学平片2和第二透镜3，通过飞秒激光器对光学平片2进行飞秒激光辐照，使光学平片2的折射率分布改变，将其制作成长条状的柱面补偿片，改变了传统柱面难以获得理想、准直的光学效果的缺陷性，令第一透镜1、光学平片2和第二透镜3构成非球柱面透镜，用于LD发散角大的柱面补偿，即θ=±45°，可获得理想的使用效果。
以上所述仅为本发明的举例说明，对于本领域的技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理和精神的情况下凡依本发明申请专利范围所做的均等变化、修改、替换和变型，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (4)

1.一种制作非球面的方法，其特征在于：利用飞秒激光器对光学平片进行飞秒激光辐照，通过调节飞秒激光的能量密度、辐照轨迹和运行速度，使光学平片的折射率分布发生改变，通过调节光学平片厚度H与飞秒激光辐照作用时间，实现光程△n*H的变化，令光学平片达到非球面的效果；
所述光学平片位于同侧端面的飞秒激光辐照轨迹为沿辐照端面中心位置呈同心圆状逐渐向辐照端面边缘进行连续飞秒激光辐照；
所述飞秒激光器经过一个会聚透镜形成束腰直径为2ω0的光束，用于辐照平片玻璃，且束腰直径2ω0为可调节的。
2.根据权利要求1所述的一种制作非球面的方法在两片式复合非球面透镜制作中的应用，其特征在于：其包括沿光路传播方向依序设置的光学平片和平凸透镜，通过改变飞秒激光器的束腰直径和辐照速度对光学平片进行飞秒激光辐照，使光学平片的折射率分布改变，令组合的复合透镜达到非球面透镜的效果。
3.根据权利要求1所述的一种制作非球面的方法在三片式结构非球面透镜制作中的应用，其特征在于：所述的三片式结构包括沿光路传播方向依次设置的第一透镜、平片玻璃和第二透镜，通过调节飞秒激光器的辐照轨迹和强度来改变平片玻璃的折射率分布，使得三片式结构达到非球面透镜的效果。
4.根据权利要求1所述的一种制作非球面的方法在非球柱面透镜制作中的应用，其特征在于：其包括沿光路传播方向依序设置的第一透镜、光学平片和第二透镜，通过飞秒激光器对光学平片进行飞秒激光辐照，通过改变辐照强度和轨迹，使光学平片的折射率成长条状分布，将其制作成长条柱面补偿片，令第一透镜、光学平片和第二透镜构成非球柱面透镜。
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