折衍二元光學(xué)用金剛石車刀設(shè)計(jì)

汪志斌，蘇 軍，李軍琪，張?jiān)讫垼瑥?峰，趙 敏

（西安應(yīng)用光學(xué)研究所，陜西 西安710065）

引言

折衍二元光學(xué)元件由于具有衍射效率高，體積小，質(zhì)量輕，易于復(fù)制，獨(dú)特的色散特性，易于校正色差和球差，具有更多的設(shè)計(jì)自由度，設(shè)計(jì)時(shí)可調(diào)制出期望的波面，緩解紅外系統(tǒng)設(shè)計(jì)選材范圍窄的缺陷，可產(chǎn)生一般光學(xué)元件難于實(shí)現(xiàn)的波面等優(yōu)點(diǎn)，能夠有效促進(jìn)現(xiàn)代軍用光電武器系統(tǒng)提高遠(yuǎn)距離探測(cè)、搜索、識(shí)別、瞄準(zhǔn)等能力，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)光電武器輕量化和小型化。近年來光電產(chǎn)業(yè)的大力發(fā)展，二元衍射元件在光電系統(tǒng)中應(yīng)用越來越廣。

單點(diǎn)金剛石車削是精密加工的一個(gè)重要手段之一，利用該技術(shù)能夠?qū)X、銅等軟質(zhì)金屬及鍺、硫化鋅、砷化鎵等紅外光學(xué)材料直接加工成光學(xué)鏡面［1，2］，達(dá)到光學(xué)元件使用的要求。但是折衍用金剛石刀具目前的研究大多集中在微圓弧半徑刀具，但是由于采用金剛石圓弧刀具在加工折衍二元光學(xué)元件時(shí)不可避免的會(huì)存在“攔光效應(yīng)”，同時(shí)還涉及光學(xué)鏡面的粗糙度，刀具使用壽命等，因此合理綜合考慮設(shè)計(jì)金剛石刀具是解決上述問題的主要技術(shù)途徑。

1 刀具圓弧半徑與攔光效應(yīng)分析

對(duì)于衍射光學(xué)元件，是以p·2π為周期的，在相位為p·2π這個(gè)點(diǎn)時(shí)為一個(gè)轉(zhuǎn)變點(diǎn)，若轉(zhuǎn)變點(diǎn)是突變的，便可得到理論上的衍射效率。但由于刀具刀尖不可能是一個(gè)無窮小的點(diǎn)，是有一定大小的圓弧形狀，因此這個(gè)轉(zhuǎn)換點(diǎn)不可能是突變的，而是有個(gè)過渡區(qū)，此過渡區(qū)內(nèi)不能完全車削，達(dá)不到鏡面，將造成攔光效應(yīng)［3］。……