專利名稱：一種具有光束會聚功能的光學(xué)平板制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種光學(xué)平板制作方法，特別是一種具有會聚功 能的光學(xué)平板制作方法。主要用于光信息儲存、光學(xué)顯微、光刻、超分辨等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
具有光束會聚功能的器件廣泛存在于現(xiàn)有光學(xué)系統(tǒng)中，是光學(xué)成像技術(shù)的基礎(chǔ)， 在現(xiàn)有光學(xué)技術(shù)中發(fā)揮不可替代的作用。例如，在光信息儲存系統(tǒng)中，光束需要聚焦到光存 儲材料上，并使其某種光學(xué)特性發(fā)生變化，分辨光學(xué)特性變化進(jìn)而實現(xiàn)信息的存在，這里光 束聚焦到光存儲材料上所必需的就是具有光束會聚功能的器件，通常使用我們所熟悉的透 鏡聚焦；在成像光學(xué)系統(tǒng)中，包括照相機(jī)、攝像機(jī)等，具有光束會聚功能的器件也廣泛存在， 因為需要將物成像到底片或光電傳感器感光平面上，具有光束會聚功能的器件必不可少， 現(xiàn)有技術(shù)中通常采用玻璃或高分子材料凸透鏡。在先技術(shù)中廣泛應(yīng)用凸透鏡實現(xiàn)光束會聚 功能，由于不能實現(xiàn)超分辨、其幾何尺寸大等特點無法適用于高集成度的光學(xué)系統(tǒng)。隨著光 學(xué)技術(shù)的發(fā)展，近期科學(xué)家們研制出了液體透鏡，可以實現(xiàn)光束會聚功能，進(jìn)而可以應(yīng)用到 光學(xué)成像系統(tǒng)中，參見發(fā)明專利，無機(jī)械運動變焦照相透鏡組對有限遠(yuǎn)成像的光學(xué)設(shè)計方 法，授權(quán)公告號CN100430774C，液體透鏡雖然具有可調(diào)焦特點，但是由于液體具有很好的流 動性，無固定形狀，需要封裝使用，并且對封裝的密封性要求高，使用方式復(fù)雜，本質(zhì)上限制 了液體透鏡的使用和推廣，也不適用于高集成度光學(xué)系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對上述在先技術(shù)的不足，提供一種具有光束會聚功能的光學(xué) 平板制作方法。本發(fā)明的基本構(gòu)思是基于多級散射層光束聚焦原理，首先制備具有多級散射的 散射片；然后，構(gòu)建入射光束波前相位優(yōu)化系統(tǒng)，利用經(jīng)過多級散射層聚焦的光束波前相位 優(yōu)化方法，得到多級散射層聚焦所需的入射光束優(yōu)化波前相位分布；再利用光刻方法制備 具有入射光束優(yōu)化波前相位分布的相位片；最后利用光學(xué)膠合劑將相位片和散射片進(jìn)行粘 合在一起，得到具有光束會聚功能的光學(xué)平板。本發(fā)明方法的具體制作步驟如下步驟(1)將含有納米顆粒復(fù)合流體或膠體，噴涂或旋涂在透明光學(xué)基片上，干燥 固化后形成具有多級散射的散射片；步驟(2)構(gòu)建經(jīng)過多級散射層聚焦的光束波前相位優(yōu)化光學(xué)平臺，光學(xué)平臺由光 源、擴(kuò)束準(zhǔn)直器件、相位型空間光調(diào)制器、散射片、系統(tǒng)控制單元和光電探測器構(gòu)成；擴(kuò)束準(zhǔn) 直器件、相位型空間光調(diào)制器、散射片和光電探測器依次設(shè)置在光源發(fā)射光束的光路上，系 統(tǒng)控制單元與相位型空間光調(diào)制器連接，光電探測器與系統(tǒng)控制單元相連接；步驟(3)對光束波前相位進(jìn)行優(yōu)化，光源發(fā)射出的光束依次經(jīng)過擴(kuò)束準(zhǔn)直器件、 相位型空間光調(diào)制器和散射片，被設(shè)置在目標(biāo)焦點區(qū)域的光電探測器接收，光電探測器探測到的光電信號傳到系統(tǒng)控制單元，作為波前相位優(yōu)化方法的反饋輸入，系統(tǒng)控制單元根 據(jù)波前相位優(yōu)化方法得到每個像素點的優(yōu)化相位值，并且記錄，對相位型空間光調(diào)制器上 光束覆蓋區(qū)域的每個像素點優(yōu)化過程結(jié)束后，得到了光束波前相位分布；步驟(4)根據(jù)系統(tǒng)控制單元記錄的光束波前相位分布，利用光刻方法，制作具有 此相位分布的相位片；步驟(5)利用光學(xué)膠合劑將相位片和散射片進(jìn)行粘合在一起，形成一種具有光束 會聚功能的光學(xué)平板。本發(fā)明基于光學(xué)多級散射原理，制作出來的光束聚焦部件不含有普通光學(xué)透鏡或 液體透鏡，并且是平板結(jié)構(gòu)，本質(zhì)上克服了在先技術(shù)中的傳統(tǒng)光學(xué)聚焦部件體積大、不能實 現(xiàn)超分辨等不粗。同時，又克服了液體透鏡的流動性大、無固定形狀、需要封裝使用、對封裝 的密封性要求高、使用方式復(fù)雜等本質(zhì)不足。本發(fā)明制作方法簡單，并且制作出來的聚焦部 件具有，器件體積小、重量輕、集成度高、聚焦效果顯著等特點，與具有等效數(shù)值孔徑的在線 技術(shù)中的聚焦系統(tǒng)比較，焦斑的全高半寬量顯著減小，實現(xiàn)了的超分辨聚焦特性。


圖1為本發(fā)明方法中搭建的光束波前相位優(yōu)化光學(xué)平臺示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。通常，在白色顏料、生物組織和紙張等多級散射層中，由于折射率的空間波動引起 了光得多級散射，導(dǎo)致光束發(fā)散，不能聚焦。光源發(fā)出的光束經(jīng)過擴(kuò)束準(zhǔn)直器件后，再經(jīng)過 多級散射層，由于在多級散射層中光發(fā)生多級散射，導(dǎo)致出射光束發(fā)散，更不能產(chǎn)生具有現(xiàn) 象。在經(jīng)典成像系統(tǒng)中，因為降低了系統(tǒng)的分辨能力，光束經(jīng)過多級散射層時發(fā)生的多級散 射是不利因素。本發(fā)明利用光束波前相位調(diào)節(jié)技術(shù)，并且將波前相位與多級散射作用耦合， 通過優(yōu)化波前相位使得多級散射光束在目標(biāo)焦點區(qū)域相干，形成超分辨光束聚焦，進(jìn)而提 供一種具有光束會聚功能的光學(xué)平板制作方法，具體制作步驟如下步驟(1)將含有納米氧化鋅顆粒的白色染料噴涂在透明光學(xué)基片上，干燥固化形 成具有多級散射的散射片。本實施例中，顏料涂層厚度為10微米；步驟(2)構(gòu)建經(jīng)過多級散射層聚焦的光束波前相位優(yōu)化光學(xué)平臺。如圖1所示， 光學(xué)平臺由光源1、擴(kuò)束準(zhǔn)直器件2、相位型空間光調(diào)制器3、散射片4、光電探測器5和系統(tǒng) 控制單元6構(gòu)成；擴(kuò)束準(zhǔn)直器件2、相位型空間光調(diào)制器3、散射片4和光電探測器5依次設(shè) 置在光源1發(fā)射光束的光路上，系統(tǒng)控制單元6與相位型空間光調(diào)制器3連接，光電探測器 5與系統(tǒng)控制單元6相連接。本實施例中光源1采用氦氖激光器，擴(kuò)束準(zhǔn)直器件2的擴(kuò)束 倍數(shù)為10倍；相位型空間光調(diào)制器3采用基于液晶的相位型空間光調(diào)制器，工作模式為透 射型，像素陣列為1024x768，每個像素點尺寸為18μπιΧ18μπι;散射片4即步驟(1)制作出 來的具有多級散射的散射片；光電探測器5采用電荷耦合器件，即通常稱之為的CCD ；系統(tǒng) 控制單元6采用工控機(jī)；系統(tǒng)控制單元6與相位型空間光調(diào)制器3通過通用VGA接口連接； 系統(tǒng)控制單元6與光電探測器5采用通用USB接口連接。步驟(3)對光束波前相位進(jìn)行優(yōu)化，光源1發(fā)射出的光束依次經(jīng)過擴(kuò)束準(zhǔn)直器件2、相位型空間光調(diào)制器3和多級散射層，被設(shè)置在目標(biāo)焦點區(qū)域的光電探測器5接收，光電 探測器5探測到的光電信號傳到系統(tǒng)控制單元6，作為波前相位優(yōu)化方法的反饋輸入，系統(tǒng) 控制單元6根據(jù)波前相位優(yōu)化方法得到每個像素點的優(yōu)化相位值，并且記錄，對相位型空 間光調(diào)制器3上光束覆蓋區(qū)域的每個像素點優(yōu)化過程結(jié)束后，得到了光束波前相位分布。步驟(4)根據(jù)系統(tǒng)控制單元6記錄的光束波前相位分布，利用光刻方法，制作具有 此相位分布的相位片；步驟(5)利用光學(xué)膠合劑將相位片和散射片進(jìn)行粘合在一起，形成一種具有光束 會聚功能的光學(xué)平板。對本實施例制作出來的具有光束會聚功能的光學(xué)平板進(jìn)行了實驗驗證和檢測，結(jié) 果表明光束經(jīng)過光學(xué)平板產(chǎn)生聚焦現(xiàn)象，并且目標(biāo)焦點區(qū)域光斑尺寸縮小，與具有等效數(shù) 值孔徑的在線技術(shù)中的聚焦系統(tǒng)比較，焦斑的全高半寬量減小為原來3/4，實現(xiàn)了的超分辨 聚焦特性。
權(quán)利要求
一種具有光束會聚功能的光學(xué)平板制作方法，其特征在于該方法的具體步驟如下步驟(1)將含有納米顆粒復(fù)合流體或膠體，噴涂或旋涂在透明光學(xué)基片上，干燥固化后形成具有多級散射的散射片；步驟(2)構(gòu)建經(jīng)過多級散射層聚焦的光束波前相位優(yōu)化光學(xué)平臺；所述的光學(xué)平臺由光源、擴(kuò)束準(zhǔn)直器件、相位型空間光調(diào)制器、散射片、系統(tǒng)控制單元和光電探測器構(gòu)成；擴(kuò)束準(zhǔn)直器件、相位型空間光調(diào)制器、散射片和光電探測器依次設(shè)置在光源發(fā)射光束的光路上，系統(tǒng)控制單元與相位型空間光調(diào)制器連接，光電探測器與系統(tǒng)控制單元相連接；步驟(3)對光束波前相位進(jìn)行優(yōu)化，光源發(fā)射出的光束依次經(jīng)過擴(kuò)束準(zhǔn)直器件、相位型空間光調(diào)制器和散射片，被設(shè)置在目標(biāo)焦點區(qū)域的光電探測器接收，光電探測器探測到的光電信號傳到系統(tǒng)控制單元，作為波前相位優(yōu)化方法的反饋輸入，系統(tǒng)控制單元根據(jù)波前相位優(yōu)化方法得到每個像素點的優(yōu)化相位值，并且記錄，對相位型空間光調(diào)制器上光束覆蓋區(qū)域的每個像素點優(yōu)化過程結(jié)束后，得到了光束波前相位分布；步驟(4)根據(jù)系統(tǒng)控制單元記錄的光束波前相位分布，利用光刻方法，制作具有此相位分布的相位片；步驟(5)利用光學(xué)膠合劑將相位片和散射片進(jìn)行粘合在一起，形成一種具有光束會聚功能的光學(xué)平板。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有光束會聚功能的光學(xué)平板制作方法?，F(xiàn)有技術(shù)中固體透鏡件體積大、不能實現(xiàn)超分辨，同時液體透鏡具有流動性大、無固定形狀、需要封裝使用。本發(fā)明方法是基于多級散射層光束聚焦原理，首先制備具有多級散射的散射片，然后構(gòu)建入射光束波前相位優(yōu)化系統(tǒng)，利用經(jīng)過多級散射層聚焦的光束波前相位優(yōu)化方法，得到多級散射層聚焦所需的入射光束優(yōu)化波前相位分布，再利用光刻方法制備具有入射光束優(yōu)化波前相位分布的相位片，最后利用光學(xué)膠合劑將相位片和散射片進(jìn)行粘合在一起，得到具有光束會聚功能的光學(xué)平板。本發(fā)明制作方法簡單，制作的聚焦部件具有器件體積小、重量輕、集成度高、聚焦效果顯著等特點。
文檔編號G02B27/58GK101907781SQ20101022591
公開日2010年12月8日 申請日期2010年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月13日
發(fā)明者高秀敏 申請人:杭州電子科技大學(xué)