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激光燒蝕形成精密光學元件

2018-03-07 瀏覽次數:118

用傳統的拋光法精確塑造光學元件,得到低波前畸變是一項極其困難的任務,特別是那些大于50 cm或小于1 cm的光學元件。無論大的還是小的光學元件,波前測量都很困難。 如果可以同時制造和測量光學元件就方便多了。對中等大小的光學元件也很方便,但在處理中等大小光學元件時,有好幾種方案。 大阪大學激光工程研究所的Jitsuno及其同事已開發一種技術,可同時進行整形和相位測量,波前畸變很小。這種技術稱作激光燒蝕成形,它用193 nm ArF準分子激光來塑造光學器件,用相移干涉儀現場檢測像差。 研究者試圖用這種方法來塑造玻璃和石英,但碎片使表面粗糙,難以接受。但對于塑料,燒蝕下的材料與大氣中的O2反應,碎片量可忽略不計。把塑料的均勻燒蝕性能與玻璃的優秀光學性能結合,在玻璃基質上鍍一層50 μm厚的紫外線干燥樹脂。 實驗者使用準分子激光器,在直徑為5 cm的玻璃-塑料混合基質上產生平面和球面。使用的光通量為45 mJ/cm2,使表面粗糙度降至最低。 激光燒蝕整形可以在安裝以后重新形成激光二極管的微透鏡,以補償位置誤差 平面的波前畸變開始點為3.0 λ,激光燒蝕后,在90%的表面上降至0.17 λ。球面開始點為2.5 λ,用整形法產生波前少于0.2 λ的非球面部件。激光器在17 Hz下操作,過程耗時4小時。一臺性能良好的標準拋光機要花費6小時方能使玻璃基質達到同樣的水平。 激光燒蝕整形能達到的精確度和表面粗糙度使其在通用光學器件方面有廣泛用途,亦可用于折射光學器件的背面整形,可能特別適用于激光二極管的微透鏡或單模光纖,因為在裝配以補償位置誤差后,它還可以重塑表面。 研究者發表其結果后,一直在這一領域進行實驗。因為在激光二極管中有波前誤差,轉而使用Shack-Hartman傳感器,這種傳感器在聚甲基丙烯酸酯中產生的表面波紋更加敏感。最近,他們借助一臺新的脈沖CO2激光器,成功地用燒蝕法平滑表面。經證明單模光纖更容易,但表面粗糙度仍不令人滿意。

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