平面多级衍射热成像透镜的生产方法技术

本发明专利技术提供了一种平面多级衍射热成像透镜的生产方法，涉及衍射透镜技术领域，采用超声模压技术相比于硅片透镜的光刻、刻蚀、沉积技术成本更低，且有批量化生产效益，能够运用于民生领域，硫系玻璃材料相比于单晶锗和高分子材料在长波红外辐射波段具有更高的透射率，并且材料本身成本更低廉，在模压工艺中采用超声方法引入高应变率，降低硫系玻璃的黏度，同时有效降低模压温度，硫系玻璃黏度的降低有助于残余应力的消除，保证硫系玻璃不会碎裂，模压温度降低能够有效抑制硫系玻璃材料中硫硒元素的挥发，缓解了现有技术中存在的衍射透镜制造成本较高，使用硫系玻璃在传统的模压下会发生破裂，成品率低下的技术问题。成品率低下的技术问题。成品率低下的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
平面多级衍射热成像透镜的生产方法


[0001]本专利技术涉及衍射透镜
，尤其是涉及一种平面多级衍射热成像透镜的生产方法。

技术介绍

[0002]热成像技术最早应用于军事领域，通过单点金刚石车削(SPDT)单晶锗或硫系玻璃(硫系玻璃)制备曲面镜头。然而单晶锗材料成本昂贵，且随着透镜的口径增加，SPDT成本呈指数上涨。硫系玻璃模压工艺可以有效降低成本。
[0003]新兴的平面多级衍射透镜(MDL)概念可以通过光学设计达到单一平面透镜实现特定波段的光波无色差聚焦效果，可以代替传统曲面热成像透镜组合，已获得样机验证。
[0004]但是，目前MDL的制造多采用高聚物和单晶硅，通过光刻方法制备，成本极高，且这两种材料对长波段红外光的透过率远不及硫系玻璃，并且硫系玻璃在传统模压温度下会发生碎裂，提高模压温度会导致硫系元素氧化和挥发，造成脱模困难，并在透镜表面形成孔洞，极大降低成品率。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种平面多级衍射热成像透镜的生产方法，以缓解了现有技术中存在的衍射透镜制造成本较高，使用硫系玻璃在传统的模压下会发生破裂，成品率低下的技术问题。
[0006]第一方面，本专利技术提供的平面多级衍射热成像透镜的生产方法，包括以下步骤：
[0007]步骤a，根据透镜结构设计生产模压用的模具；
[0008]步骤b，将硫系玻璃放置于热压印装置中的控温箱中，以使硫系玻璃位于上模具和下模具之间；
[0009]步骤c，上模具下压硫系玻璃，以将硫系玻璃被上模具和下模具夹持，且加热控温箱的内腔；
[0010]步骤d，当温度达到模压温度后，上压头向下施加压力进行模压过程，下模具上的超声发生器开始振动，并使硫系玻璃的残余应力被松弛；
[0011]步骤e，停止超声发生器振动，上模具上移脱离与硫系玻璃的接触；
[0012]步骤f，将控温箱内的温度降低至常温，打开控温箱取出制备成型后的平面多级衍射热成像透镜。
[0013]在可选的实施方式中，
[0014]步骤b还包括以下步骤：
[0015]将硫系玻璃预形体至于控温箱内，与模具对心放置，控温箱密闭，向控温箱内通入保护气，以使控温腔内的空气排出。
[0016]在可选的实施方式中，
[0017]步骤c还包括以下步骤：
[0018]上模具开始下压，与硫系玻璃发生接触时停止移动，以防止硫系玻璃发生滑动，控温箱开始升温，升温期间保护气保持循环。
[0019]在可选的实施方式中，
[0020]步骤d还包括以下步骤：
[0021]当温度升至预设值时，对控温箱内进行保温，超声发生器开始振动，提供高应变率，上模具开始加压，对硫系玻璃进行模压，将所需表面微结构刻印在硫系玻璃预型体的上表面；
[0022]上模具停止移动，同时下模具的超声发生器始终保持震动，温度保持不变，该状态持续一定时间保证硫系玻璃的残余应力被松弛掉，此过程中保护气始终保持循环。
[0023]在可选的实施方式中，
[0024]步骤e还包括以下步骤：
[0025]在保持控温箱的温度不变的情况下停止超声振动，上模具开始上移脱离与硫系玻璃的接触，保护气始终保持循环。
[0026]在可选的实施方式中，
[0027]步骤f包括以下步骤：
[0028]将控温箱内的温度降低至常温，关闭保护气循环，打开控温箱取出制备成型后的平面多级衍射热成像透镜。
[0029]在可选的实施方式中，
[0030]所述热压印装置包括控温箱、保护气循环系统和加热系统；
[0031]所述控温箱的内壁设置有隔热砖，所述控温箱的材料设置为耐高温金属合金；
[0032]所述保护气循环系统与所述控温箱连接，用于使所述控温箱内的空腔充满保护气体；
[0033]所述加热系统与所述控温箱连接，用于加热硫系玻璃、上模具和下模具。
[0034]在可选的实施方式中，
[0035]所述热压印装置还包括超声模压系统；
[0036]所述超声模压系统包括上模具、下模具和超声发生器；
[0037]所述上模具和所述下模具设置于所述控温箱中的空腔内，所述上模具设置有多级衍射透镜微结构的倒模，所述上模具和所述下模具分别与上压头和下压头连接，所述超声发生器与所述下压头连接。
[0038]在可选的实施方式中，
[0039]所述保护气循环系统包括真空阀、惰性气体入口和惰性气体出口；
[0040]所述真空阀和所述惰性气体入口沿着所述控温箱的轴线对称设置于所述控温箱的顶部，所述惰性气体出口设置于所述控温箱的底部，且所述惰性气体出口位于所述真空阀的下方。
[0041]在可选的实施方式中，
[0042]所述加热系统包括电阻丝和辐射加温棒；
[0043]所述上模具背离所述下模具的一侧和所述下模具背离所述上模具的一侧均设置有电阻丝；
[0044]所述辐射加温棒设置于所述控温箱的两侧内壁，所述辐射加温棒用于加热硫系玻
璃。
[0045]本专利技术提供的平面多级衍射热成像透镜的生产方法，采用超声模压技术相比于硅片透镜的光刻、刻蚀、沉积技术成本更低，且有批量化生产效益，能够运用于民生领域，硫系玻璃材料相比于单晶锗和高分子材料在长波红外辐射波段具有更高的透射率，并且材料本身成本更低廉，在模压工艺中采用超声方法引入高应变率，降低硫系玻璃的黏度，硫系玻璃黏度的降低有助于残余应力的消除，保证硫系玻璃不会碎裂，缓解了现有技术中存在的衍射透镜制造成本较高，使用硫系玻璃在传统的模压下会发生破裂，成品率低下的技术问题。
附图说明
[0046]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0047]图1为本专利技术实施例提供的平面多级衍射热成像透镜的生产方法中热压印装置的结构示意图；
[0048]图2为不同应变率下硫系玻璃的粘性和松弛行为变化规律图；
[0049]图3为本专利技术实施例提供的平面多级衍射热成像透镜的生产方法中成型后的平面多级衍射热成像透镜的结构示意图；
[0050]图4为本专利技术实施例提供的平面多级衍射热成像透镜的生产方法中成型后的平面多级衍射热成像透镜半剖结构示意图。
[0051]图标：10
‑
控温箱；11
‑
上模具；12
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下模具；13
‑
超声发生器；14
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真空阀；15
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惰性气体入口；16
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惰性气体出口；17
‑
电阻丝；18
‑
辐射加温棒；19
‑
硫系玻璃。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种平面多级衍射热成像透镜的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤a，根据透镜结构设计生产模压用的模具；步骤b，将硫系玻璃放置于热压印装置中的控温箱中，以使硫系玻璃位于上模具和下模具之间；步骤c，上模具下压硫系玻璃，以将硫系玻璃被上模具和下模具夹持，且加热控温箱的内腔；步骤d，当温度达到模压温度后，上压头向下施加压力进行模压过程，下模具上的超声发生器开始振动，并使硫系玻璃的残余应力被松弛；步骤e，停止超声发生器振动，上模具上移脱离与硫系玻璃的接触；步骤f，将控温箱内的温度降低至常温，打开控温箱取出制备成型后的平面多级衍射热成像透镜。2.根据权利要求1所述的平面多级衍射热成像透镜的生产方法，其特征在于，步骤b还包括以下步骤：将硫系玻璃预形体至于控温箱内，与模具对心放置，控温箱密闭，向控温箱内通入保护气，以使控温腔内的空气排出。3.根据权利要求2所述的平面多级衍射热成像透镜的生产方法，其特征在于，步骤c还包括以下步骤：上模具开始下压，与硫系玻璃发生接触时停止移动，以防止硫系玻璃发生滑动，控温箱开始升温，升温期间保护气保持循环。4.根据权利要求3所述的平面多级衍射热成像透镜的生产方法，其特征在于，步骤d还包括以下步骤：当温度升至预设值时，对控温箱内进行保温，超声发生器开始振动，提供高应变率，上模具开始加压，对硫系玻璃进行模压，将所需表面微结构刻印在硫系玻璃预型体的上表面；上模具停止移动，同时下模具的超声发生器始终保持震动，温度保持不变，该状态持续一定时间保证硫系玻璃的残余应力被松弛掉，此过程中保护气始终保持循环。5.根据权利要求4所述的平面多级衍射热成像透镜的生产方法，其特征在于，步骤e还包括以下步骤：在保持控温箱的温度不变的情况下停止超声振...

【专利技术属性】
技术研发人员：王旭，郑光，付应乾，程春，蒋招秀，倪一文，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：