大口径离轴抛物面反射镜的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光学元件的拼接，具体涉及一种大口径离轴抛物面反射镜的制备方法。
【背景技术】
[0002]大口径等间距一维衍射光栅是许多大型科学装置中的关键元件之一，如在激光惯性约束核聚变系统中使用的脉冲压缩光栅。通常情况是采用经典的双透镜全息曝光方式制作了大口径光栅，但在进一步扩展光栅的口径时，受玻璃材料、透镜重量和系统体积等因素的限制，米级透镜实际上是很少的。但是离轴抛物面反射镜重量轻，且容易加工大尺寸抛物面反射镜
[0003]采用大口径离轴抛物面反射镜的离轴可以避免中心遮拦，提高成像质量，而抛物面系统可以实现像差小，成像质量大大提高。采用反射镜的原因是:I)重量轻，容易加工，且容易制造大口径抛物面反射镜;2)折反式光路，需要空间小。但是大口径镜面的加工制造必将带来毛坯加工、抛光、镀膜、面形检测及控制等一系列复杂问题，难度较大，成本较高，而且很难制备出较高精度的抛物面镜。采用子孔径拼接模式，用多抛物面镜组合成大口径抛物面镜，不仅可以制备出大口径、高精度的离轴抛物面反射镜，而且成本也大大降低了。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种大口径离轴抛物面反射镜的制备方法，其优点是:不仅可以制备出大口径、高精度的离轴抛物面反射镜，而且成本也大大降低了。
[0005]为达到上述目的，本发明的技术方案如下:
[0006]—种大口径离轴抛物面反射镜的制备方法，包括:(I)根据所要制备的大口径离轴抛物面反射镜的大小划分成若干个相同大小的子孔径抛物面镜；(2)根据所要制备的大口径离轴抛物面反射镜的特征参数及划分的子孔径抛物面镜的个数，得到子孔径抛物面镜的参数；(3)在所有的子孔径抛物面镜的反射面上镀高反射率金属膜或镀由不同折射率介电材料组成的多层介质高反射率光学薄膜；(4)把镀膜后的子孔径抛物面镜拼接为大口径离轴抛物面反射镜；(5)将大致拼接后的大口径离轴抛物面反射镜放置在干涉系统中，调整各子孔径抛物面镜的位置，直至出现干涉条纹为止；(6)通过检测各个子孔径抛物面镜的像面与大口径离轴抛物面反射镜的理想像面的相位差，进一步调整各个子孔径抛物面镜的位置，直至相位差趋于零为止。
[0007]所述的大口径离轴抛物面反射镜的制备方法，其特征在于所述的大口径离轴抛物面反射镜的特征参数包括:口径、焦距、反射率、材质等。
[0008]所述的大口径离轴抛物面反射镜的制备方法，其特征在于所述的相位检测技术是通过C⑶和图像采集口卡完成的。
[0009]所述的大口径离轴抛物面反射镜的制备方法，其特征在于所述的每个子孔径抛物面镜表面镀的高反射率金属膜或多层介质高反射率光学薄膜，这些薄膜除了能提供百分之九十五及以上的高反射率以外，还能保证反射光的偏振态不变；
[0010]所述的大口径离轴抛物面反射镜的制备方法，其特征在于所述的两个相邻的子孔径抛物面镜的拼接缝隙对双光束干涉时造成的影响可以看成是夫琅禾费效应。而在基板上的光刻胶有一个感光阈值，只有干涉光束的光强达到感光阈值才能进行曝光，而拼接缝造成的夫琅禾费衍射效应，只有O级条纹的光强可以达到光刻胶的感光阈值，因此可以忽略其他级次的衍射条纹的影响。
[0011]本发明的技术效果:
[0012]本发明采用拼接的方法来制备大口径离轴抛物面反射镜，使用若干镀有高反射率金属膜或镀有由不同折射率介电材料组成的多层介质高反射率光学薄膜的子孔径抛物面镜拼接的方法制备大口径离轴抛物面反射镜，并且通过相位检测技术来调整各个子孔径抛物面镜的位置，以达到精度要求。
[0013]采用拼接的方法，不仅可以制备出大口径、高精度的离轴抛物面反射镜，而且成本也大大降低了。
【附图说明】
[0014]图1是本发明拼接透镜示意图
[0015]图2是本发明中不同折射率介电材料组成的多层介质高反射率光学薄膜示意图
[0016]图3是实施例1中多层介质膜的反射率和波长的关系图
[0017]图4是实施例1中不同偏振入射条件下，多层介质膜反射率和入射光角度的关系图
[0018]图5是实施例1中入射角为15度时，针对不同偏振态的入射光的反射率和波长的关系图
[0019]图6是本发明中夫琅禾费衍射图样
[0020]图7是本发明中光刻胶的响应曲线
[0021]图8是本发明中夫琅禾费效应在基板上作用效果图
【具体实施方式】
[0022]下面通过实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
[0023]实施例1:要制备的大口径离轴抛物面反射镜的焦距为6000mm，口径为560mmX1500mmo
[0024]步骤1、将所要制备的大口径离轴抛物面反射镜划分成20个子孔径的抛物面镜；
[0025]步骤2、根据所要制备的大口径离轴抛物面反射镜的特征参数，得到所要制备的子孔径的抛物镜的参数，口径为280mmX 150mm、焦距为6000mm、基底采用微晶玻璃或碳化硅高强度、高稳定性材料；
[0026]步骤3、在所有的子孔径抛物面镜的反射面上镀高折射率的HfO2和低折射率的S12交替的、每层λ/4厚的全介质高反射膜系的光学薄膜，参见图2;
[0027]步骤4、把镀膜后的子孔径抛物面镜拼接为大口径离轴抛物面反射镜；
[0028]步骤5、将大致拼接好的大口径离轴抛物面反射镜放置在干涉系统中上，调整各子孔径抛物面镜的位置，直至出现干涉条纹为止；
[0029]步骤6、通过CCD和图像采集卡组成的相位检测系统得到干涉图像，通过软件的控制，得到各个子孔径抛物面镜的相位信息，检测各个子孔径抛物面镜的像面与大口径离轴抛物面反射镜理想像面的相位差，进一步调整各个子孔径抛物面镜的位置，直至相位差趋于零为止。
[0030]每个子孔径抛物面镜表面镀的光学薄膜，这一膜系在400nm左右波长范围内有较高的反射率，可以达到百分之九十八或者更高，反射损失很小(如图3);它除了能提供高反射率外，还能保证当入射角在O度到20之间时，偏振态的变化很小(如图4)，尤其是入射角小于15度时，反射光的偏振态不变(如图5)。
[0031]所述的两个相邻的子孔径抛物面镜的拼接缝隙对双光束干涉时造成的影响可以看成是夫琅禾费效应(如图6)，中央亮条纹的强度占95%，其余的占5%。根据光刻胶的响应曲线(如图7)，光刻胶的曝光量与光强之间存在一个响应阈值Ετ，如果达不到这个阈值，就无法实现曝光。而拼接缝造成的夫琅禾费衍射效应，只有O级条纹的光强可以达到光刻胶的感光阈值(如图8 )，因此可以忽略其他级次的衍射条纹的影响。
[0032]实验表明，本发明采用拼接的方法，不仅可以制备出大口径、高精度的离轴抛物面反射镜，而且成本也大大降低了。
【主权项】
1.一种大口径离轴抛物面反射镜的制备方法，其特征包括如下步骤: 步骤I，根据所要制备的大口径离轴抛物面反射镜的大小划分成若干个相同大小的子孔径抛物面镜； 步骤2，根据所要制备的大口径离轴抛物面反射镜的特征参数及划分的子孔径抛物面镜的个数，得到子孔径抛物面镜的参数； 步骤3，在所有的子孔径抛物面镜的反射面上镀高反射率金属膜或镀由不同折射率介电材料组成的多层介质高反射率光学薄膜； 步骤4，把镀膜后的子孔径抛物面镜拼接为大口径离轴抛物面反射镜； 步骤5，将拼接后的大口径离轴抛物面反射镜放置在干涉系统中，调整各子孔径抛物面镜的位置，直至出现干涉条纹为止； 步骤6，通过检测各个子孔径抛物面镜的像面与大口径离轴抛物面反射镜的理想像面的相位差，进一步调整各个子孔径抛物面镜的位置，直至相位差趋于零为止。2.根据权利要求1所述的大口径离轴抛物面反射镜的制备方法，其特征在于大口径离轴抛物面反射镜的特征参数包括:口径、焦距、反射率和材质。3.根据权利要求1所述的大口径离轴抛物面反射镜的制备方法，其特征在于相位检测技术是通过CCD和图像采集口卡完成的。4.根据权利要求1所述的大口径离轴抛物面反射镜的制备方法，其特征在于在每个子孔径抛物面镜表面镀的高反射率金属膜或多层介质高反射率光学薄膜，能提供百分之九十五及以上的高反射率以外，还能保证反射光的偏振态不变。
【专利摘要】一种大口径离轴抛物面反射镜的制备方法，包括：根据所要制备的大口径离轴抛物面反射镜的大小划分成若干个相同大小的子孔径抛物面镜；根据所要制备的大口径离轴抛物面反射镜的特征参数及划分的子孔径抛物面镜的个数，得到子孔径抛物面镜的参数；在所有的子孔径抛物面镜的反射面上镀光学薄膜；把镀膜后的子孔径抛物面镜拼接为大口径离轴抛物面反射镜；放置在干涉系统中，调整各子孔径抛物面镜的位置，直至出现干涉条纹为止；通过检测各个子孔径抛物面镜的像面与大口径离轴抛物面反射镜的理想像面的相位差，调整各个子孔径抛物面镜的位置，直至相位差趋于零为止。本发明采用透镜拼接的方法，有效降低成本，制备高精度的大口径的离轴抛物面反射镜。
【IPC分类】G02B5/10
【公开号】CN105511001
【申请号】CN201610035269
【发明人】苏雅茹, 阮昊
【申请人】中国科学院上海光学精密机械研究所
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2016年1月19日