[发明专利]一种基于磁流变加工的连续型螺旋相位板制备方法

说明书

本发明公开了一种基于磁流变加工的连续型螺旋相位板制备方法，基于梯度匹配方法选择磁流变去除函数，并利用磁流变加工技术去除函数尺寸小、修形能力强、加工确定性高的特点，直接在基本光学元件表面加工出螺旋相位板的设计图案，该方法具有工艺简单、加工精度高、成形效率高等优点。

技术领域

本发明涉及光学加工技术领域，更具体的说是涉及一种基于磁流变加工的连续型螺旋相位板制备方法。

背景技术

涡旋光束作为一种特殊的新型光束，其特点是具有螺旋形波前结构、光强呈环形分布、具有很小的中心暗斑尺寸、确定的轨道角动量等。这些优点使其在光学微操纵、光学信息传输、激光光学、微粒波导、生物医学、原子光学以及分子光学等领域中得到广泛的应用。

目前涡旋光束产生的方法主要有：1)计算机再现全息法将涡旋光作为一种衍射光束通过全息图调制而获得；2)通过激光谐振腔内的非对称结构，产生高阶的厄米—高斯光束，再由两个散光透镜将高斯光束转变为涡旋光；3)用螺旋相位板，将高斯光束转变为涡旋光束。

螺旋相位板是一种纯相位的衍射光学元件，它的光学厚度与螺旋相位角成正比，螺旋相位板法相比于其他产生涡旋光束的方法有着以下的优点，比全息图法有更高的转换效率，比柱面透镜模式转换器更易操控，螺旋相位板不仅能用于产生涡旋光束，也发现它可用于产生径向偏正光束和在显微镜下的边缘增强。

激光直写是一种制备螺旋相位板结构的方法，由于是逐点直写的方式，所以制备效率非常低，难以有效加工大口径的螺旋相位板；基于灰度掩膜光刻技术也是一种连续型结构螺旋相位板的制备方法，该方法将设计好的螺旋相位板掩膜图形刻蚀到光刻胶上形成浮雕型的结构，然后经过曝光、显影等步骤，最终实现螺旋相位板的制作，但是其工艺复杂、加工精度和效率还不能完全满足要求。

因此，如何提高加工精度和加工效率是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于磁流变加工的连续型螺旋相位板制备方法，具有工艺简单、加工精度高和成形效率高等优点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于磁流变加工的连续型螺旋相位板制备方法，包括：

S1：获取螺旋相位板的设计面形数据，其中设计面形长度为m，设计面形宽度为n，单位为mm；

S2：选择基板，其中基板长度不小于m，宽度不小于n；并测量基板面形数据；判断基板面形数据是否满足PV≤1λ；若满足，则执行步骤S3；其中，PV表示面形数据中最大值和最小值的差值；

λ是元件检测采用的光学干涉仪的激光光源波长，光源波长可能有多种规格，如632.8nm、658nm、1053nm等，只是632.8nm的激光光源相对较为常见。

S3：对螺旋相位板的设计面形数据和基板面形数据进行误差匹配，得到残余误差面形数据；

S4：判断残余误差面形数据的均方根是否小于预设阈值；若否，则基于梯度匹配方法选择磁流变去除函数；

S5：在确定了磁流变去除函数和残余误差面形数据后，计算驻留时间，并对应生成磁流变机床的数控程序；

S6：基于选取的基板和生成的磁流变机床的数控程序进行磁流变加工，得到螺旋相位板元件；

S7：测量螺旋相位板元件面形数据，并与所述设计面形数据进行误差匹配，得到新的残余误差面形数据，并重复执行步骤S4～S7，直至残余误差面形数据的均方根小于预设阈值，螺旋相位板制备完成。

优选的，在步骤S4中，基于梯度匹配方法选择磁流变去除函数的具体步骤包括：

S41：计算残余误差面形数据中每个数据点的梯度，得到梯度数据矩阵；