[发明专利]一种光学元件的增材制造方法及光学元件

说明书

本申请提供的光学元件的增材制造方法，通过计算轴向梯度折射率透镜的结构参数，根据所述结构参数建立UG三维模型，采用所述成型浆料对所述UG三维模型进行光固化成型，对光固化成型后的UG三维模型进行脱脂处理，将脱脂后的坯体进行烧结处理，将烧结后的坯体清洗后得到具有变折射率的透镜，本申请提供的光学元件的增材制造方法，通过DLP光固化3D打印实现变折射率透镜加工制作，在保证加工精度的前提下，提高加工速度，具有成型速度快、特征尺寸小、具备宏微跨尺度成型能力。

技术领域

本发明属于光学技术领域，具体涉及一种光学元件的增材制造方法及光学元件。

背景技术

变折射率光学器件如梯度折射率透镜是一类主要靠介质折射率的非均匀分布实现各种光学功能的光学器件。具有体积小、重量轻、平端面、易加工、易调整对准、易耦合组装、耦合效率高等特点，广泛应用于医疗、工业诊断、光纤通信、微透镜网格、光学仪器、弹载、星载、情报搜取、侦破等方面。

一般光学系统的设计主要建立在均匀折射率透镜基础之上,想要提高系统的成像质量,需要改变透镜的材料、改变透镜的半径或者间隔来消除各种像差。如果系统想要成像清晰，往往需要很多片透镜或是透镜组的组合，这样才能保证光学系统的成像自由度。如果设计的系统很复杂，会使用多个透镜组合，而且在像差校正方面，也要综合这多个透镜考虑，这会使得光学仪器增加重量和体积，设计成本也很高。而梯度折射率透镜可以完美解决这些问题。利用器件中介质的特定梯度折射率分布可以对光束实现分束、聚焦、准直、耦合等操控功能，利用控制折射率分布的各阶系数，也可以很好地校正球差、场曲和色差，因而在望远镜、照相机的物镜设计中采用变折射率透镜后，可以提高成象质量，又可使结构简单、体积缩小、重量减轻。梯度折射率透镜可分为轴向梯度折射率透镜、径向梯度折射率透镜和球对称梯度折射率透镜。一块层状梯度折射率分布透镜可等效于一个柱面镜，可作为一维放大率光学元件；一个轴向梯度折射率球面在校正像差方面可等效于普通透镜的非球面作用；一个弱径向梯度折射率球面也是具有非球面的类似作用；一轴向简单的平凸梯度折射率透镜就可实现锐成像；二片梯度折射率透镜系统可达到需要六片双高斯摄影镜头的同样像质。由以上的梯度折射率的这些特点可以看出,如果想要减少光学系统组件、简化加工工艺，可以在光学系统的设计中应用梯度折射率透镜。梯度折射率透镜不仅在微型光学仪器通信等方面的光学系统中具有广泛的应用前景，而且还为光学设计工程师们使光学系统向轻型化、微型化、优质化、易装配等发展路径指明了方向。当前制备方法应用较多的是离子交换法，离子交换通常在玻璃的软化点以下进行，交换过程通常数十到数百小时，能耗大、深度有限，不易制备大尺寸的梯度折射率光学元件。

发明内容

鉴于此，有必要提供一种成型速度快、特征尺寸小、具备宏微跨尺度成型能力的光学元件的增材制造方法。

为解决上述问题，本发明采用下述技术方案：

一种光学元件的增材制造方法，包括下述步骤：

计算轴向梯度折射率透镜的结构参数，所述结构参数包括梯度折射率透镜半径及厚度参数；

根据所述结构参数建立UG三维模型；

制备成型浆料；

采用所述成型浆料对所述UG三维模型进行光固化成型；

对光固化成型后的UG三维模型进行脱脂处理；

将脱脂后的坯体进行烧结处理；

将烧结后的坯体清洗后得到具有变折射率的透镜。

在其中一些实施例中，在计算轴向梯度折射率透镜的结构参数的步骤中，具体包括下述步骤：

轴向梯度折射率材料的折射率分布可表示为：

n＝n(Z)＝N₀₀+N₀₁Z+N₀₂Z²+...