Патент на изобретение №2377614
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ ЛИНЗ ИЗ ЛЕЙКОСАПФИРА
(57) Реферат:
Способ включает изготовление вогнуто-выпуклых заготовок путем пластической деформации изгиба плоскопараллельных пластинок из Z-среза кристаллов Аl2O3 пуансоном, поверхность которого является поверхностью вращения с профилем, описываемым уравнением параболы уc=
Изобретение относится к технологии линз для оптических систем современных оптоэлектронных и оптических приборов, работающих в ультрафиолетовой, видимой и ИК областях спектров, и может быть использовано при получении полусферических линз из лейкосапфира. Известен способ получения оптических линз, включающий получение выпукло-вогнутых заготовок пластической деформацией изгиба плоскопараллельных пластинок из Z-среза кристаллов А12О3 полусферическим пуансоном или пуансоном в виде сферического сегмента и ориентации оси симметрии заготовки по оптической оси линзы при последующих технологических операциях (см. патент РФ Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ получения оптических линз из монокристаллов, в котором изготовление вогнуто-выпуклых заготовок осуществляют путем пластической деформации изгиба плоскопараллельных пластин из Z-срезов кристаллов Аl2О3, которую осуществляют пуансоном в виде сферического сегмента. Затем входящую поверхность линзы формируют с помощью методов удаления с заготовки избыточного слоя материала как асферическую, имеющую уравнение осевого сечения Данным способом получают изотропные асферические линзы для параллельного пучка света без двулучепреломления, прозрачные в области 25000-2000 см-1. Однако указанный способ позволяет получать линзы с достаточно ограниченным рабочим апертурным углом из-за высоких потерь на отражение, связанных с большими значениями углов падения лучей на периферии линзы, и трудностью получения асферической поверхности заданного профиля при механической обработке лейкосапфира. Задачей предлагаемого технического решения является получение полусферических линз из лейкосапфира для параллельного пучка света без двулучепреломления, прозрачных в области 25000-2000 см-1. Поставленная цель достигается тем, что в способе получения оптических линз из лейкосапфира, включающем изготовление вогнуто-выпуклых заготовок путем пластической деформации изгиба плоскопараллельных пластинок из Z-среза кристаллов Аl2O3 с помощью пуансона с заданным профилем рабочей поверхности и последующее формирование заданной входящей поверхности линзы с помощью методов удаления с заготовки избыточного слоя материала, в отличие от прототипа пластическую деформацию изгиба осуществляют пуансоном, поверхность которого является поверхностью вращения с профилем, описываемым уравнением параболы: уc= Сущность изобретения заключается в следующем: монокристаллы Аl2О3, т.е. лейкосапфир – кристаллическая среда, обладающая уникальным сочетанием оптических и термомеханических характеристик, является оптически одноосным кристаллом. Группа симметрии лейкосапфира содержит зеркально-поворотную ось шестого порядка – ось Z, что обусловливает осевую симметрию свойств монокристалла, в том числе оптических. Поэтому оптические свойства кристаллов лейкосапфира характеризуются двумя значениями показателя преломления, no и ne, которым соответствуют две волновые поверхности показателя преломления (сфера и эллипсоид вращения в рамках правил Френеля для решения задач распространения света в анизотропных средах), симметричные относительно оси Z кристалла. Вдоль направления оптической оси свет распространяется, как в оптически изотропной среде, т.е. направления лучей и оптических нормалей электромагнитных волн совпадают. Во всех остальных направлениях распространение света зависит от двух значений показателя преломления и характеризуется тем, что между направлением луча и волновой нормалью образуется угол, характеризующий двойное лучепреломление кристалла. Единственное направление, при распространении вдоль которого луч света не разлагается на обыкновенный и необыкновенный, является оптической осью кристалла. Плоскопараллельная пластинка, перпендикулярная этой оси, называется пластинкой Z-среза. Особенностью процесса неоднородной пластической деформации Z-дисков лейкосапфира является сохранение перпендикулярности к рабочей поверхности пуансона оси Z кристалла при формоизменении последнего, что позволило в случае прототипа получить прямой конус оптических осей. Для получения полусферической линзы из лейкосапфира без двулучепреломления для параллельного пучка света, направленного по оптической оси линзы, недостаточно условий, изложенных в способе-прототипе, т.к. изменены требования к внешней поверхности линзы. При полусферической внешней поверхности и веерообразном расположении оптических осей не обеспечивается прохождение лучей после преломления вдоль оптических осей, а при несовпадении оси симметрии заготовки и оптической оси линзы возникает вредное двулучепреломление в линзе. Это ограничивает использование данного уникального оптического материала, обладающего широкой спектральной областью прозрачности и высокими значениями показателя преломления, для изготовления полусферических собирательных и рассеивающих линз. Отмеченный недостаток устраняется с помощью изложенной новой совокупности признаков изобретения. В результате пластической деформации пуансоном, поверхность которого в центральном сечении описывается предложенным уравнением параболы, происходит разворот оптических осей относительно оси симметрии на углы, соответствующие изменению углов падения параллельного пучка лучей, направленных вдоль последней с учетом заданных величины радиуса R и толщины линзы В качестве примера были получены полусферические линзы из лейкосапфира диаметром 50 и 80 мм для видимой и ИК областей спектра. Полученные линзы имели характеристики, которые сведены в таблицу. Как видно из таблицы, при пластической деформации изгиба пуансоном, имеющим в центральном сечении форму параболы, и формировании полусферической входящей поверхности линзы радиусом R, после преломления обеспечивается прохождение лучей вдоль оптических осей кристалла. При этом ось симметрии заготовки и оптическая ось линзы должны совпадать между собой, обеспечивая отсутствие двулучепреломления в линзе для параллельного пучка лучей. Для промежуточных значений длин волн излучения в окне прозрачности лейкосапфира коэффициенты уравнения параболы получают расчетным путем.
Формула изобретения
Способ получения оптических линз из монокристаллов, включающий изготовление вогнуто-выпуклых заготовок путем пластической деформации изгиба плоскопараллельных пластинок из Z-среза кристаллов Аl2O3 пуансоном с заданным профилем рабочей поверхности и последующего формирования входящей поверхности линзы с помощью методов удаления с заготовки избыточного слоя материала, отличающийся тем, что пластическую деформацию изгиба осуществляют пуансоном, поверхность которого является поверхностью вращения с профилем, описываемым уравнением параболы уc=
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
х+b, где с=0,7369n+1,0110, 
[2.85; 4.26] b 
0 – толщины линзы вдоль оси симметрии и R – радиуса полусферической поверхности. Далее входящую поверхность линзы формируют удалением с заготовки слоя материала как полусферическую, радиусом R, до заданной толщины 
2285757, опубликован 20.10.2006 по индексу МПК С30В 33/00). Указанный способ не позволяет получать полусферические линзы лейкосапфира без двойного лучепреломления.
при r и 
(мкм)