级联薄膜基片粘结体制作工装及光学器件制作方法与流程

本发明涉及级联薄膜光学器件领域，尤其涉及一种级联薄膜基片粘结体制作工装及光学器件制作方法。

背景技术：

级联薄膜光学器件由多层不同特性的膜薄构成，可以实现不同波长、不同偏振态、不同能量比的分束、合束功能，被越来越多的应用于投影显示、激光等现代光电系统中。但是，由于其结构复杂、加工工艺繁琐，且现有的制作级联薄膜的方法所制作的级联薄膜难以满足要求，存在级联薄膜的角度精度低、胶层均匀性差等不足，使得分束、合束角度精度差、波前不均匀，甚至在激光应用中存在鬼像损坏的问题。

技术实现要素：

为了解决上述现有制作级联薄膜光学器件的方法所带来的级联薄膜的角度精度低、胶层均匀性差的问题，本发明提出了一种级联薄膜基片粘结体制作工装，以及光学器件制作方法。

为了达到上述目的，本发明的级联薄膜基片粘结体制作工装，用于制作级联薄膜基片粘结体，级联薄膜基片粘结体用于制作级联薄膜光学器件，包括：工装主体、压力调整机构；工装主体，用于承载多个层叠的级联薄膜基片，级联薄膜基片之间涂有粘结剂；压力调整机构，用于调整多个层叠的级联薄膜基片之间的压力分布，并将压力分布均匀的多个层叠的级联薄膜基片压制成级联薄膜基片粘结体。

进一步的，压力调整机构包括：工装框架及多个调整螺钉、固定旋钮、压块；多个调整螺钉螺纹连接于工装框架，工装框架滑动套设于工装主体内腔；每个固定旋钮套设于每个对应调整螺钉上，用于切换调整螺钉处于半锁紧状态或锁死状态；每个调整螺钉的下端对应连接有压块，多个压块用于向多个层叠的级联薄膜基片施加压力，调整压力分布。

为了达到上述目的，本发明的光学器件制作方法，用于制造级联薄膜光学器件，包括：在多个基片上镀膜制作多个级联薄膜基片；使用级联薄膜基片粘结体制作工装、多个级联薄膜基片制作级联薄膜基片粘结体；将级联薄膜基片粘结体磨切成级联薄膜光学器件，级联薄膜光学器件包括：级联薄膜光波导、级联薄膜棱镜、级联薄膜透镜。

进一步的，使用级联薄膜基片粘结体制作工装、多个级联薄膜基片制作级联薄膜基片粘结体，包括：将多个级联薄膜基片的表面涂覆粘结剂，并将级联薄膜基片依次层叠于级联薄膜基片粘结体制作工装的工装主体内；通过自准直仪获取级联薄膜基片粘结体的级联薄膜的反射像、反射光圈；根据反射像、反射光圈，调整压力调整机构施加于级联薄膜基片的力的分布，使反射光圈为同心圆状、反射像间距小于1’。

进一步的，在多个基片上镀膜制作多个级联薄膜基片的步骤之后，使用级联薄膜基片粘结体制作工装、多个级联薄膜基片制作级联薄膜基片粘结体的步骤之前，还包括：使用离子束清洁多个级联薄膜基片。

进一步的，将级联薄膜基片粘结体磨切成级联薄膜光学器件的步骤之后，还包括：当级联薄膜光学器件为级联薄膜光波导时，使用激光数字干涉仪通过透射波前测试、反射波前测试，检测级联薄膜光波导的上下表面的平面度、平行度以及胶层内部的均匀性。

进一步的，在多个基片上镀膜制作多个级联薄膜基片步骤中，每个级联薄膜基片的镀膜包括：偏振膜、偏振分光膜、面分光膜、sio2补偿膜。

进一步的，将级联薄膜基片粘结体磨切成级联薄膜光学器件的步骤，当级联薄膜光学器件为级联薄膜光波导时，包括：使用金刚石刀头的磨切车床对级联薄膜基片粘结体沿设定角度的两面同时磨削，形成级联薄膜光波导原片；根据设定尺寸切割级联薄膜光波导原片，制成级联薄膜光波导。

本发明的技术效果在于，通过级联薄膜基片粘结体制作工装及光学器件制作方法，所加工得到的级联薄膜光学器件的波前畸变小，可以适用于各种通信、测量等高精密光学系统，并且其胶层均匀性高，提高了透过光束能量阈值，减小在高能激光应用中出现炸裂的可能性，还可以大幅提高级联薄膜光学器件的合束、分束系统的角度精度，提高光能利用率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的级联薄膜基片粘结体制作工装的结构示意图。

图2为本发明实施例的级联薄膜基片粘结体制作工装的压力调整机构的结构示意图。

图3为本发明实施例的光学器件制作方法的步骤流程图。

图4为本发明实施例的反射光圈图样。

图5为本发明实施例中级联薄膜基片粘结体磨切成级联薄膜光波导原片的示意图。

图6为本发明实施例中透射波前测试、反射波前测试的示意图。

附图标号：

工装主体100

压力调整机构200

调整螺钉210

固定旋钮220

压块230

工装框架240

级联薄膜基片300

级联薄膜基片粘结体400

磨切车床500

金刚石刀头510

旋转固定机台520

激光数字干涉仪600

标准反射镜700

级联薄膜光波导800

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域相关技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护的范围。

图1为本发明实施例的级联薄膜基片粘结体制作工装的结构示意图，如图1所示，本发明实施例的级联薄膜基片粘结体制作工装，用于制作级联薄膜基片粘结体，级联薄膜基片粘结体用于制作级联薄膜光学器件，包括：工装主体100、压力调整机构200；工装主体100，用于承载多个层叠的级联薄膜基片300，级联薄膜基片300之间涂有粘结剂；压力调整机构200，用于调整多个层叠的级联薄膜基片300之间的压力分布，并将压力分布均匀的多个层叠的级联薄膜基片300压制成级联薄膜基片粘结体400。

本发明实施例的级联薄膜基片粘结体工装的工装主体100、压力调整机构200，通过将

通过该级联薄膜基片粘结体工装制作级联薄膜基片粘结体的具体步骤是，首先，工装主体100安置于平稳、水平的位置后，将多个表面涂覆有粘结剂的级联薄膜基片300按序叠压于工装主体100内，工装主体100内部将多个级联薄膜基片300约束于一固定位置；然后，于工装主体100内且级联薄膜基片300之上，安装压力调整机构200；最后，调整压力调整机构200施加在最上层的级联薄膜基片300上的压力分布，使多个级联薄膜基片300上各点所受到的压力均匀分布后，使多层的级联薄膜基片300之间的粘结剂固化，直至形成稳定的级联薄膜基片粘结体400。该级联薄膜基片粘结体400可以直接用于后续制作级联薄膜光学器件。通过校正多个级联薄膜基片300的应力分布，可以克服级联薄膜的角度精度低、胶层均匀性差等不足的问题，使得后续加工得到的级联薄膜光学器件中的级联薄膜具有更高质量。

图2为本发明实施例的级联薄膜基片粘结体制作工装的压力调整机构的结构示意图，如图2所示，压力调整机构200包括：工装框架240及多个调整螺钉210、固定旋钮220、压块230；多个调整螺钉210螺纹连接于工装框架240，工装框架240滑动套设于工装主体100内腔；每个固定旋钮220套设于每个对应调整螺钉210上，用于切换调整螺钉210处于半锁紧状态或锁死状态；每个调整螺钉210的下端对应连接有压块230，多个压块230用于向多个层叠的级联薄膜基片300施加压力，调整压力分布。

压力调整机构200，用于调整施加于多个级联薄膜基片300上的压力分布，其调整压力分布的方式是，通过多个分布于工装框架240的调整螺钉，调节每个与之连接的压块的伸出长度，将工装框架的压力按需求分布至多个级联薄膜基片300上。当级联薄膜基片300之间的粘结剂厚度不同时，通过该调整压力分布方式可以使未固化的粘结剂于两级联薄膜基片300之间重新蠕动分布，由此可以使级联薄膜基片粘结体400的胶层分布均匀。为了方便技术人员对其调节，固定旋钮220可以切换调整螺钉210的半锁紧状态或锁死状态。压力调整机构200施加于多个级联薄膜基片300上的压力可以是其本身的重力，也可以通过其他方式提供。在具体实施过程中，压力调整机构200的工装框架还具有一锁定机构，其可以将工装框架240锁定于工装主体100的一位置上，使工装框架240与工装主体100不产生相对滑动，由此可以实现上述调整压力的过程。

图3为本发明实施例的光学器件制作方法的步骤流程图，如图3所示，本发明实施例的光学器件制作方法包括：s100，在多个基片上镀膜制作多个级联薄膜基片；s200，使用级联薄膜基片粘结体制作工装、多个级联薄膜基片制作级联薄膜基片粘结体；s300，将级联薄膜基片粘结体磨切成级联薄膜光学器件，级联薄膜光学器件包括：级联薄膜光波导、级联薄膜棱镜、级联薄膜透镜。

步骤s100，在多个基片上镀膜制作多个级联薄膜基片。级联薄膜基片的镀膜包括：偏振膜、偏振分光膜、面分光膜、sio2补偿膜。其中，所镀的面分光膜为级联薄膜功能所需，由于基片一侧在镀分光膜后，其表面应力会发生变化，位于基片另一侧的sio2补偿膜用于平衡基片应力，将基片应力恢复至基片两侧平衡状态。镀膜后的级联薄膜基片满足测试波前的最高点和最低点偏差pv<0.5λ@632.8nm，实际波前最佳拟合球面波前的矢高值power<0.2λ@632.8nm。该步骤在具体实施过程中，技术人员可以根据设计所需，将多层不同特性的薄膜形成于基片上，并且基片的厚度、材质也可根据需求进行调整。在具体实施过程中，执行步骤s100之后，使用离子束清洁多个级联薄膜基片，以减少级联薄膜基片表面所附着的杂质，并提高级联薄膜质量。

步骤s200，使用级联薄膜基片粘结体制作工装、多个级联薄膜基片制作级联薄膜基片粘结体。该步骤的目的是，使用级联薄膜基片粘结体制作工装将步骤s100所获得的级联薄膜基片制作成级联薄膜基片粘结体。该制作方法具体如下：

s210，将多个级联薄膜基片的表面涂覆粘结剂，并将级联薄膜基片依次层叠于级联薄膜基片粘结体制作工装的工装主体内；

s220，通过自准直仪获取级联薄膜基片粘结体的级联薄膜的反射像、反射光圈；

s230，根据反射像、反射光圈，调整压力调整机构施加于级联薄膜基片的力的分布，使反射光圈为同心圆状、反射像间距小于1’。

在步骤s210中，将多个级联薄膜基片的表面涂覆粘结剂，并将级联薄膜基片依次层叠于级联薄膜基片粘结体制作工装的工装主体内。级联薄膜基片表面涂覆的粘结剂用于粘结级联薄膜基片，由于后续步骤需要对胶层进行调整，所以该粘结剂的固化速度最好能够控制，以方便后续调整胶层均匀度。该粘结剂的折射率与级联薄膜基片的折射率的偏差△n<0.01，该粘结剂可以为uv胶、天然树脂光学胶、合成树脂光学胶等。涂覆好粘结剂的级联薄膜基片，依次层叠于级联薄膜基片粘结体制作工装的工装主体内，至此时粘结剂不能固化。

在步骤s220中，通过自准直仪获取级联薄膜基片粘结体的级联薄膜的反射像、反射光圈。将装载有多个级联薄膜基片的级联薄膜基片粘结体工装，安置于自准直仪下，自准直仪发出的准直光投射到级联薄膜基片上，然后该准直光被多层的薄膜反射，其于最上层级联薄膜基片上形成光圈图样，该光圈图样即为反射光圈。同时，通过自准直仪还可以获得反射像，该反射像与原图像之间存在夹角。

在步骤s230中，根据反射像、反射光圈，调整压力调整机构施加于级联薄膜基片的力的分布，使反射光圈为同心圆状、反射像间距小于1’。为了使级联薄膜基片间的粘结剂均匀分布，压力调整机构通过调整施加在级联薄膜基片不同位置的力的大小，来控制粘结剂于级联薄膜基片间的分布情况。由于粘结剂分布的均匀与否，会直接影响到级联薄膜的平行度。调整后的每层胶层整体厚度需要小于5μm，胶层最厚处与最薄处之间的偏差小于1μm。

图4为本发明实施例的反射光圈图样，参照图4。当级联薄膜平行度较差时，通过自准直仪所获得的反射光圈为像散光圈，其不为同心圆(图4中b所示，该图4中b仅为示例，像散光圈具有多种，在此不一一列举)，当级联薄膜平行度较高时，反射光圈为同心圆(图4中a所示)，该反射光圈的图案可以直接通过目视观察。另一方面，自准直仪的反射像用来进一步反映级联薄膜平行度的情况，当级联薄膜平行度较差时，该反射像与原图像之间存在的夹角较大，当级联薄膜平行度较高时，该反射像与原图像之间存在的夹角较小。本步骤中，通过调整级联薄膜基片上不同点的力的大小，直至所反射光圈为同心圆状、反射像间距小于1’，然后锁定压力调整机构，使多片级联薄膜基片之间稳定保持于这一状态。随着粘结剂慢慢趋于固化，多片级联薄膜基片就粘结形成了级联薄膜基片粘结体，该粘结体用于后续步骤的加工。

在此以粘结剂为uv胶为例，为了方便调节级联薄膜之间的平行度，在步骤s210至步骤s230中，对级联薄膜基片之间的uv胶进行预固化，使用紫外线照射的预固化时间小于1分钟。当压力调整机构调整完毕后，将预固化的级联薄膜基片粘结体，置入uv炉中进行深固化，深固化时间大于20分钟。

s300，将级联薄膜基片粘结体磨切成级联薄膜光学器件。该步骤中，级联薄膜基片粘结体被磨切成光学器件，级联薄膜光学器件可以包括：级联薄膜光波导、级联薄膜棱镜、级联薄膜透镜。需要说明的是，该级联薄膜基片粘结体是用于后续加工级联薄膜光学器件的原材料，后续联薄膜基片粘结体的加工尺寸、磨切速度、磨切方式是由技术人员根据需求进行调整。由于级联薄膜光学器件较多，在此仅以级联薄膜光波导为例说明如何将级联薄膜基片粘结体进行加工，本领域技术人员可以根据本发明的实质内容了解其他级联薄膜光学器件的制作过程。

图5为本发明实施例中级联薄膜基片粘结体磨切成级联薄膜光波导原片的示意图。当级联薄膜光学器件为级联薄膜光波导时，将级联薄膜基片粘结体磨切成级联薄膜光学器件，包括：

s310，使用金刚石刀头的磨切车床对级联薄膜基片粘结体沿设定角度的两面同时磨削，形成级联薄膜光波导原片；

s320，根据设定尺寸切割级联薄膜光波导原片，制成级联薄膜光波导。

在步骤s310中，使用金刚石刀头510对级联薄膜基片粘结体进行磨切，磨切方式为沿设定角度的两面同时磨削，图5中为，旋转固定机台520带动级联薄膜基片粘结体400于磨切车床500上旋转，同时上下两个金刚石510相向运动以切削级联薄膜基片粘结体400，直至将级联薄膜基片粘结体400磨切至虚线位置，即得到级联薄膜光波导原片。该双向同时磨削工艺可以保证加工过程中不会因为单方面应力不均，导致粘结体断裂、两侧应力分布不均等不良缺陷。该级联薄膜光波导原片以及步骤s320制成的级联薄膜光波导的尺寸、规格，技术人员可以根据需求自行设计。

在步骤s300，将级联薄膜基片粘结体磨切成级联薄膜光学器件之后，还包括：当级联薄膜光学器件为级联薄膜光波导时，使用激光数字干涉仪通过透射波前测试、反射波前测试，检测级联薄膜光波导的上下表面的平面度、平行度以及胶层内部的均匀性。

图6为本发明实施例中透射波前测试、反射波前测试的示意图，参照图6中a、b所示，图6中a为透射波前测试示意图，图6中b为反射波前测试示意图。采用激光数字干涉仪进行上述两种波前测试，首先，进行透射波前测试，将激光数字干涉仪、级联薄膜光波导、标准反射镜沿激光数字干涉仪所发出光路按序排列，检测级联薄膜光波导中胶层内部的均匀性，若内部有不均与或平行度差时，透射阵列薄膜的波前会有很大变化；然后，进行反射波前测试，移开标准反射镜，使激光数字干涉仪仅接收到级联薄膜光波导的反射光，同样的若级联薄膜光波导中胶层内部有不均与或平行度差时，反射阵列薄膜的波前也会有很大变化。其中，具体要求为：透过波前整体波面畸变小于0.3λ@632.8；表面反射光圈pv小于0.3λ@632.8，波前偏差的均方根值rms小于0.04λ@632.8nm。执行上述检验符合级联薄膜光波导内级联薄膜的平行度符合要求，进而以保证光束在级联薄膜光波导中传输时的稳定。为了提高级联薄膜光波导的透过率，级联薄膜光波导在检测符合要求后，在其的上下两面还可镀增透膜。

本发明的技术效果在于，通过级联薄膜基片粘结体制作工装及光学器件制作方法，所加工得到的级联薄膜光学器件的波前畸变小，可以适用于各种通信、测量等高精密光学系统，并且其胶层均匀性高，提高了透过光束能量阈值，减小在高能激光应用中出现炸裂的可能性，还可以大幅提高级联薄膜光学器件的合束、分束系统的角度精度，提高光能利用率。

以上的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。