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自聚焦透镜制造技术与性能优化研究

作　者: 郎贤礼
导　师: 刘德森
学　校: 西南师范大学
专　业: 光学
关键词: 自聚焦透镜 离子交换 热处理 像差 光性均匀性
分类号: TH74
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 352次
引　用: 4次
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内容摘要


变折射率材料与光学系统的结合,为光学设计、光通信、光信息系统的发展注入了新的活力,获得了广泛的应用空间。但是由于变折射率材料的折射率分布不容易人为控制,也使这种应用受到了很大的限制。变折射率材料一般利用离子交换法通过玻璃材料和熔盐的离子交换形成的,交换后的离子浓度分布满足热力学统计规律,因此得到的折射率分布不容易控制,而很多应用需要用特定的折射率分布,如考虑消像差,需要sech分布等等。理论和实验证明,用一次离子交换的方法,很难获得理想折射率分布。 本文提出了两种提高自聚焦透镜质量的方法:多次离子交换法和热处理方法。通过多次离子交换方法,即改变边界条件,改变玻璃成份、熔盐成份,控制交换时间,达到控制折射率分布的目的,减小像差,提高透镜质量。在退火温度下,玻璃棒中自身的离子在热扩散的作用下,离子浓度在空间上会重新分布,其空间折射率也会发生变化,通过控制退火温度,选取不同的退火曲线,同样也可以达到控制折射率分布,优化自聚焦透镜。实验测试表明,经过二次离子交换和热处理后的自聚焦透镜,其光学性能得到明显的优化:折射率更接近理想分布、像差减小、光斑变小等等。 对自聚焦透镜的像差理论和批量透镜的非均匀性问题作了理论和实验上的研究。找出了像差与自聚焦透镜折射率表达式系数的关系,只要优化自聚焦透镜的折射率分布,就可以减小像差;在理论和实验上证实了,通过严格控制:基质玻璃的均匀性;玻璃丝直径的均匀性和离子交换工艺的稳定性等制作工艺,最终达到使自聚焦透镜的非均匀性小于1%。

全文目录


中文摘要  5-6
英文摘要  6-8
第一章 导论  8-15
  1．1 引言  8
  1．2 变折射率光学发展历史  8-9
  1．3 变折射率透镜的分类  9-10
  1．4 变折射率介质的制造技术  10
  1．5 变折射率透镜的应用  10-11
  1．6 本文研究的主要内容和意义  11-12
  References  12-15
第二章 自聚焦透镜制造的基本理论  15-20
  2．1 引言  15
  2．2 离子扩散理论  15-17
  2．3 影响折射率差的主要因素  17-18
  2．4 自聚焦透镜制作离子交换工艺流程  18-19
  2．5 结论  19
  References  19-20
第三章 自聚焦透镜像差的评价与消除  20-28
  3．1 引言  20
  3．2 自聚焦透镜像差理论  20-23
  3．3 自聚焦透镜像差与折射率分布系数的关系  23-26
  3．4 自聚焦透镜像差优化方法  26-27
  3．5 结论  27
  References  27-28
第四章 二次离子交换法控制自聚焦透镜折射率分布  28-32
  4．1 引言  28
  4．2 二次离子交换理论分析  28-29
  4．3 二次离子交换法制作自聚焦透镜工艺过程  29
  4．4 自聚焦透镜折射率分布改进  29-30
  4．5 结论  30-31
  References  31-32
第五章 用热处理方法优化自聚焦透镜性能  32-38
  5．1 引言  32
  5．2 热处理过程中的离子扩散理论  32-35
  5．3 自聚焦透镜热处理工艺过程  35
  5．4 自聚焦透镜折射率分布改进情况  35-37
  5．5 结论  37
  References  37-38
第六章 自聚焦透镜透镜光性均匀性研究  38-46
  6．1 引言  38
  6．2 自聚焦透镜光性均匀性理论分析  38-39
  6．3 解决光性均匀性问题有关的关键工艺  39-43
  6．4 自聚焦透镜光学性能测量结果  43-44
  6．5 结论  44-45
  References  45-46
第七章 光学性能测试  46-60
  7．1 引言  46
  7．2 自聚焦透镜折射率的测试  46-52
  7．3 周期和聚焦常数的测试  52-53
  7．4 数值孔径的测试  53
  7．5 像差的测试  53-55
  7．6 自聚焦透镜的分辨率的测试  55-56
  7．7 测量结果  56-58
  7．8 结论  58-59
  References  59-60
第八章 结论  60-63
  8．1 主要内容  60-61
  8．2 结论  61-62
  8．3 自聚焦透镜应用瞻望  62
  8．4 未来工作的几点设想  62-63
攻读硕士期间工作情况  63-65
致谢  65-66

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 仪器、仪表 > 光学仪器
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