微结构光学元器件的设计、制作与应用关键技术研究

【摘要】：微结构聚合物光学元件以其灵活多变的微结构特征、新颖的光学特性以及独特的加工方法，已成为现代光学技术领域的重要组成部分，是国内外专家学者不断开拓创新的热门领域。本论文将以微结构光纤技术为切入点，开展规模化制造与应用技术研究。近年，3D光学技术也在快速发展，而3D光学获取是该领域的的重点研究领域之一。本论文将尝试以梯度折射率透镜阵列获取3D光学信息为新的切入点，开展梯度折射率透镜阵列在多孔径3D成像装置中的应用研究。 本学位论文共分为7章，主要包括以下内容： 第1章介绍光纤的发展历史和光在光纤中的传输理论，微结构光纤的概念、分类及研究现状，聚合物光纤传像束、微结构传像光纤的特点、常用制作方法和发展现状，内窥镜的发展历史和立体窥镜的特点与研究现状，多孔径3D成像技术的发展概况。在此基础上，提出了本论文的研究目标。 第2章介绍微结构光纤预制棒的制作方法，在比较分析几种方法优缺点的基础上，提出用注塑成型法制作聚合物微结构光纤预制棒的设想。研究聚合物微结构光纤预制棒的成型工艺，拟用PMMA和TOPAS COC两种材料制作光纤预制棒。研究聚合物微结构光纤的拉伸工艺，对光纤的结构和TOPAS COC微结构光纤在太赫兹波传输中的应用做探索性研究。 第3章在介绍聚合物微结构传像光纤的材料特性和常用材料种类的基础上，选择本论文制作聚合物微结构传像光纤的材料。研究聚合物微结构传像光纤器件的制作流程和工艺，对传像器件的传像特性做理论分析和实验表征。 第4章拟用排丝法制作长距离的聚合物光纤传像束。研究长距离聚合物光纤传像束的制作工艺，分析传像束的图像传输特性。然后探索长距离聚合物光纤传像束作为超长窥镜的应用。此外，拟研究结构紧凑的整体式聚合物传像光纤预制棒制作及拉伸工艺，研制圆形、正六边形的传像光纤预制棒及传像光纤，探索其应用。 第5章基于双目立体视觉原理，设计、制作3D光纤窥镜系统。在此基础上，利用自制的整体式聚合物传像光纤，目镜、物镜搭建双目立体视觉光纤窥镜样机。 第6章在阐述多孔径3D图像光学获取的基本原理、研究现状和几种典型结构的基础上，将梯度折射率透镜阵列应用于多孔径3D成像系统。试制四方紧密排列梯度折射率透镜阵列，对尼康J1型数码相机进行改装，匹配主镜头后组装多孔径3D相机。 第7章对攻读博士学位期间的研究工作取得的成果进行总结，提出今后的发展方向。