Способ получения плоской линзы из лейкосапфира с минимальным двулучепреломлением Российский патент 2017 года по МПК G02B1/02 G02B1/08 

Изобретение относится к области технологии линз для оптических систем современных оптических, оптоэлектронных и лазерных приборов, работающих в ультрафиолетовой, видимой и ИК областях спектров, в частности, при изготовлении плоских линз из лейкосапфира для необыкновенных лучей.

Известна технология оптических линз, включающая 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, опубликованный 20.10.2006 по индексу МПК С30В 33/00). Указанная технология линз не позволяет получать собирательную линзу из лейкосапфира для необыкновенных лучей.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ получения плоской линзы из лейкосапфира, включающий изготовление вогнуто-выпуклой заготовки путем пластической деформации изгиба плоскопараллельной пластинки из Z-среза кристалла и удаление с заготовки избыточного слоя материала как плоскопараллельной пластинки, перпендикулярной оси симметрии заготовки, совмещенной с осью конуса оптических осей, заданной толщины, при этом входящая поверхность плоской линзы расположена на расстоянии менее толщины заготовки (см. патент РФ 2482522, опубликованный 27.12.2012 г. по индексу МКП G02B 1/02).

Данным способом можно получить плоскую линзу для необыкновенных лучей, прозрачную в области 25000-2000 см^-1. Однако указанный способ не позволяет получить собирательную плоскую линзу с минимальным значением двулучепреломления.

Задачей предлагаемой технологии плоских линз является получение плоской линзы из лейкосапфира с минимальным двулучепреломлением в области 25000-2000 см^-1 для параллельного пучка света, направленного перпендикулярно входящей поверхности линзы.

Задача решается в новом способе получения плоской линзы из лейкосапфира с минимальным двулучепреломлением, включающем изготовление вогнуто-выпуклой заготовки путем пластической деформации изгиба плоскопараллельной пластинки из Z-среза кристалла, в котором, в отличие от прототипа, используют исходную плоскопараллельную пластину диаметром D, который составляет более 1,5 d диаметра линзы, и толщиной H=2h, где h - толщина линзы, деформируют исходную плоскопараллельную пластину пуансоном радиуса R=((d/2)/0,3)-H, далее формируют линзу с помощью методов удаления с заготовки избыточного слоя материала как плоскопараллельную пластинку, причем входящую поверхность линзы формируют с выпуклой стороны заготовки, удаляя ¹/₂ ее толщины Η по оси симметрии перпендикулярно последней, при этом с вогнутой стороны заготовки центральная точка на второй плоской поверхности линзы должна находится на оси симметрии заготовки, затем деталь округляют до диаметра линзы d, совмещая ось симметрии заготовки и оптическую ось линзы.

Технический результат достигается с помощью оптимизации процесса высокотемпературной деформации и технологических приемов обработки заготовки линзы для обеспечения заданного угла оптической оси кристалла относительно оси симметрии детали, что обуславливает минимальное двойное лучепреломление на границе рабочего окна плоской линзы.

Получение новой плоской линзы из лейкосапфира с минимальным двулучепеломлением указанным способом позволяет реализовать уникальные свойства оптической линзы, в которой при падении параллельного пучка лучей, направленных перпендикулярно поверхности линзы, двулучепреломление в центре отсутствует, а в рабочей области детали на границе не превышает величины 1⋅10^-3, что обусловлено конусом оптических осей кристалла в плоской линзе.

На чертеже представлена схема получения плоской линзы из лейкосапфира, где 1 - заготовка линзы после высокотемпературной пластической деформации диска диаметром D=π(R+H) и толщиной Η. Ζ - оптическая ось кристалла, образующая конус оптических осей; 2 - плоская линза диаметра d толщиной h; 3 - входящая поверхности линзы.

Конкретный пример получения плоской линзы из лейкосапфира: Из диска Z-среза лейкосапфира ∅80,0×5,0 мм изготавливают вогнуто-выпуклую заготовку 1 путем пластической деформации полусферическим пуансоном радиуса 60,0 мм. Заготовку линзы 1 обрабатывают путем удаления избыточного материала методом шлифовки и полировки ¹/₂ ее толщины Η по оси симметрии перпендикулярно последней, формируя входящую поверхность 3 линзы с выпуклой стороны заготовки линзы 2. С вогнутой стороны заготовки центральная точка на второй плоской поверхности линзы должна находится на оси симметрии заготовки, и далее формируют выходящую поверхность линзы 2. На последней стадии изготовления плоской линзы 2 деталь округляют до диаметра линзы 40,0 мм, совмещая ось симметрии заготовки 1 и оптическую ось линзы 2.

Полученная плоская линза является собирательной линзой для необыкновенных лучей с двулучепреломлением в рабочем окне (диаметром 40,0 мм) менее 1⋅10^-3.

Изобретение может быть использовано при изготовлении линз из лейкосапфира для оптических систем, работающих в ультрафиолетовой, видимой и ИК областях спектров. Способ включает изготовление вогнуто-выпуклой заготовки путем пластической деформации изгиба плоскопараллельной пластинки из Z-среза кристалла. Деформируют исходную плоскопараллельную пластину диаметром D, который составляет более 1,5d диаметра линзы, и толщиной H=2h, где h - толщина линзы, пуансоном радиуса R=((d/2)/0,3)-H. Формируют линзу в виде плоскопараллельной пластинки с помощью методов удаления с заготовки избыточного слоя материала, причем входящую поверхность линзы формируют с выпуклой стороны заготовки, удаляя ½ ее толщины по оси симметрии перпендикулярно последней. С вогнутой стороны заготовки центральная точка на второй плоской поверхности линзы должна находится на оси симметрии заготовки. Далее деталь округляют до диаметра линзы d мм, совмещая ось симметрии заготовки и оптическую ось линзы. Технический результат - получение минимального двулучепреломления в области 25000-2000 см^-1 для параллельного пучка света, направленного перпендикулярно входящей поверхности линзы. 1 ил.

Способ получения плоской линзы из лейкосапфира с минимальным двулучепреломлением, включающий изготовление вогнуто-выпуклой заготовки путем пластической деформации изгиба плоскопараллельной пластинки из Z-среза кристалла, отличающийся тем, что используют исходную плоскопараллельную пластину диаметром D, который составляет более 1,5d диаметра линзы, и толщиной H=2h, где h - толщина линзы, деформируют исходную плоскопараллельную пластину пуансоном радиуса R=((d/2)/0,3)-H, далее формируют линзу с помощью методов удаления с заготовки избыточного слоя материала как плоскопараллельную пластинку, причем входящую поверхность линзы формируют с выпуклой стороны заготовки, удаляя 1/2 ее толщины Н по оси симметрии перпендикулярно последней, при этом с вогнутой стороны заготовки центральная точка на второй плоской поверхности линзы должна находится на оси симметрии заготовки, далее деталь округляют до диаметра линзы d мм, совмещая ось симметрии заготовки и оптическую ось линзы.