ПЛОСКАЯ ЛИНЗА ИЗ ЛЕЙКОСАПФИРА И СПОСОБ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ Российский патент 2013 года по МПК G02B1/02 

Изобретение относится к технологии линз для оптических систем современных оптических и оптоэлектронных приборов, работающих в ультрафиолетовой, видимой и ИК-областях спектров, и может быть использовано при получении плоских линз из лейкосапфира для необыкновенного луча.

Известен способ получения оптических линз, включающий получение выпукло-вогнутых заготовок пластической деформацией изгиба плоскопараллельных пластинок из Z-среза кристаллов Al₂O₃ полусферическим пуансоном или пуансоном в виде сферического сегмента и ориентации оси симметрии заготовки по оптической оси линзы при последующих технологических операциях (см. патент РФ 2285757, опубл. 20.10.2006 по индексу МПК С30В 33/00). Указанный способ не позволяет получать собирательную линзу их лейкосапфира для необыкновенного луча.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ получения линз из монокристаллов, в котором изготовление вогнуто-выпуклых заготовок осуществляют путем пластической деформации изгиба плоскопараллельных пластин из Z-срезов кристаллов Al₂O₃, которую осуществляют пуансоном в виде сферического сегмента. Затем входящую поверхность линзы формируют с помощью методов удаления с заготовки избыточного слоя материала как асферическую, обеспечивающую после преломления прохождение лучей вдоль оптических осей кристалла, при этом оптическую ось линзы ориентируют по оси симметрии заготовки (см. патент РФ 2313809, опубл. 27.12.2007 по индексу МПК G02B 1/2, B29D 11/00).

Данным способом получают изотропные асферические линзы для параллельного пучка света без двулучепреломления, прозрачные в области 25000-2000 см^-1. Однако указанный способ позволяет получать собирательную линзу только для двух лучей: обыкновенного и необыкновенного.

Задачей предлагаемого технического решения является создание плоской собирательной линзы из лейкосапфира для необыкновенных лучей (для параллельного пучка света, направленного перпендикулярно входящей поверхности), прозрачной в области 25000-2000 см^-1.

Технический результат достигается с помощью группы изобретений, объединенных изобретательским замыслом: конструкции линзы и способа ее получения.

Плоская линза из лейкосапфира изготовлена из пластически деформированной заготовки, в которой ось симметрии плоской линзы совпадает с высотой конуса оптических осей пластически деформированной заготовки, а входящая и выходящие поверхности являются плоскостями, перпендикулярными ей, причем входящая поверхность плоской линзы образована со стороны вершины заготовки.

Способ получения плоской линзы из лейкосапфира, включающий изготовление вогнуто-выпуклой заготовки путем пластической деформации изгиба плоскопараллельной пластины из Z-среза кристалла, в котором, в отличие от прототипа, линзу формируют с помощью методов удаления с заготовки избыточного слоя материала как плоскопараллельную пластинку, перпендикулярную оси симметрии заготовки, совмещенной с осью конуса оптических осей, заданной толщины, при этом входящая поверхность плоской линзы расположена на расстоянии х<δ от вершины заготовки, где δ - толщина заготовки.

Получение новой конструкции плоской линзы из лейкосапфира указанным способом позволяет обеспечить уникальные свойства оптической линзы, в которой при падении параллельного пучка лучей, направленных перпендикулярно поверхности линзы, после преломления на входящей поверхности линзы необыкновенный луч распространяется под углом к оси симметрии линзы и пересекает ее, что обусловлено конусом оптических осей кристалла (в линзе реализован переменный угол оптической оси кристалла к поверхности линзы) и изменением оптической индикатрисы кристалла.

На Фиг.1 представлена схема получения плоской линзы из лейкосапфира, где 1 - заготовка толщиной δ, в которой Z - оптическая ось кристалла, образующая конус оптических осей; 2 - плоская линза; 3 и 4 - входящая и выходящая поверхности линзы соответственно.

На Фиг.2 изображена зависимость угла преломления i₂ необыкновенного луча на выходящей поверхности плоской линзы из лейкосапфира от отклонения падающего луча до оси симметрии плоской линзы.

Конкретный пример получения плоской линзы из лейкосапфира. Из кристалла лейкосапфира изготавливают вогнуто-выпуклую заготовку 1 путем пластической деформации изгиба плоскопараллельной пластины Z-среза лейкосапфира. Заготовку толщиной δ=6,1 мм с радиусом внутренней поверхности 32 мм обрабатывают путем удаления избыточного материала методом шлифовки и полировки до получения плоско-параллельной пластины толщиной d=4,3 мм, перпендикулярно оси симметрии заготовки, совмещенной с высотой конуса оптических осей, и получают новую плоскую линзу 2. Входящая поверхность 3 такой линзы сформирована относительно вершины заготовки 1 на расстоянии Х=1,8 мм.

Полученная плоская линза является собирательной линзой для необыкновенного луча при падении на ее поверхность пучка лучей, направленных по оси симметрии линзы.

Как показано на Фиг.2, необыкновенные лучи пересекают ось симметрии линзы. Влияние переменного угла оптической оси кристалла к поверхности линзы при преломлении ортогонально падающего луча проявляется более чем отклонение луча при преломлении на выходящей поверхности линзы, падающего наклонно необыкновенного луча. Это свойство плоской линзы, обусловленное расположением оптической оси кристалла, отличает ее от пластинки из одноосного кристалла с оптической осью кристалла, направленной под углом к поверхности.

Обыкновенный луч, не преломляясь, распространяется в линзе, угол преломления i₂ показывает также отклонение необыкновенного луча от обыкновенного после прохождения линзы. Величина угла преломления i₂ зависит от отклонения луча от оси симметрии линзы, ее толщины и от расстояния X, т.е. расположения входящей поверхности плоской линзы относительно заготовки.

Плоская линза из лейкосапфира изготовлена из пластически деформированной заготовки, в которой ось симметрии плоской линзы совпадает с высотой конуса оптических осей пластически деформированной заготовки. Входящая и выходящая поверхности являются плоскостями, перпендикулярными оси симметрии. Способ получения плоской линзы включает изготовление вогнуто-выпуклой заготовки путем пластической деформации изгиба плоскопараллельной пластинки из Z-среза кристалла. Линзу формируют с помощью удаления с заготовки избыточного слоя материала как плоскопараллельную пластинку, перпендикулярную оси симметрии заготовки, совмещенной с осью конуса оптических осей, заданной толщины. Входящая поверхность плоской линзы расположена на расстоянии х<δ от вершины заготовки, где δ - толщина заготовки. Технический результат - создание плоской собирательной линзы из лейкосапфира для необыкновенных лучей (для параллельного пучка света, направленного перпендикулярно входящей поверхности), прозрачной в области 25000-2000 см^-1. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Плоская линза из лейкосапфира, изготовленная из пластически деформированной заготовки, в которой ось симметрии плоской линзы совпадает с высотой конуса оптических осей пластически деформированной заготовки, а входящая и выходящая поверхности являются плоскостями, перпендикулярными ей, причем входящая поверхность плоской линзы образована со стороны вершины заготовки.

2. Способ получения плоской линзы из лейкосапфира, включающий изготовление вогнуто-выпуклой заготовки путем пластической деформации изгиба плоскопараллельной пластинки из Z-среза кристалла, отличающийся тем, что линзу формируют с помощью методов удаления с заготовки избыточного слоя материала как плоскопараллельную пластинку, перпендикулярную оси симметрии заготовки, совмещенной с осью конуса оптических осей, заданной толщины, при этом входящая поверхность плоской линзы расположена на расстоянии х<δ от вершины заготовки, где δ - толщина заготовки.