[發明專利]一種拼接大口徑光子篩的制作方法

在審

• 申請號: 201810540784.5
• 申請日: 2018-05-30
• 公開（公告）號: CN108761606A
• 公開（公告）日: 2018-11-06
• 發明（設計）人: 許峰;鄭鵬磊;胡正文;王欽華
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: G02B5/18
• 分類號: G02B5/18
• 代理公司: 無錫市匯誠永信專利代理事務所(普通合伙) 32260
• 代理人: 張歡勇

本發明屬于光學領域，為解決制作大口徑光子篩拼接誤差導致拼接后光子篩分辨率降低的技術問題，公開了一種拼接大口徑光子篩的制作方法，具體步驟如下：根據光子篩的口徑、工作波長等參數確定光子篩篩孔的位置分布及篩孔的大小，其中光子篩篩孔的位置分布是經過位相編碼的；將設計好的大口徑光子篩分成若干個子區間；單獨加工每一個子區間；將子區間拼接成完整的光子篩；利用數字圖像復原技術將物體通過拼接光子篩所成的像進行復原；本發明能夠制造大尺寸的光子篩，并且利用波前編碼技術降低了光子篩拼接時的裝調精度，并同時保證了拼接后的完整光子篩的成像質量。

技術領域

本發明屬于光學領域，具體涉及一種光子篩，尤其是一種大面積拼接式光子篩制作方法。

背景技術

光子篩是由Kipp在2001年提出的一種新型衍射光學元件，具有類似于菲涅爾波帶片的衍射光學特性。光子篩和菲涅爾波帶片一樣都是使奇數或偶數的菲涅耳波帶透光，而使相鄰的波帶不透光。光子篩將透光的波帶設計成透光的微孔，這些微孔位于波帶上，光波通過各微孔中心到達焦點的距離與通過光軸到達焦點的距離之差是波長的整數倍，所以可以實現聚焦和成像。光子篩具有重量輕，可用光譜范圍寬等特點，光譜范圍覆蓋了傳統的折射式或反射式光學器件難以實現的光譜區域，可以從遠紅外到軟X射線、極紫外。由于光子篩具有結構緊湊，重量輕，設計靈活等優點，逐漸開始應用于空間光學領域、X射線成像，UV光刻等。

根據瑞利判據，光學系統的分辨率與光學元件的通光口徑成正比，如果想提高光學系統的分辨率就要通過增大光學系統的口徑來實現。然而口徑較大的光子篩上具有巨大數量的小孔，一次性制作這樣大口徑光子篩受到場地、設備和時間的限制。并且當大口徑光子篩被用于天文望遠鏡時，巨大的面積不利于運載火箭的運輸。

為了解決上述問題，Guang Jin等在文獻“Flat-stitching error analysis oflarge-aperture photon sieves，Applied Optics,53(1):90-95(2014)”中提出用普通的光子篩進行拼接，然而實驗結果表明拼接的裝調難度太大，并且拼接時的誤差導致拼接后的光子篩成像質量很差。

發明內容

本發明要解決現有方法制作大口徑光子篩時拼接誤差導致拼接后光子篩分辨率降低的技術問題；為此本發明采用的技術方案是：

設計完整的光子篩，以光子篩的光軸為z軸，建立正交笛卡爾坐標系，其通光小孔的位置分布滿足方程：

式中，f為光子篩的焦距，n為通光環帶的環帶序號，λ為工作波長，R為光子篩的半徑，α為三次編碼系數，k為波數，(x_m，y_m)是第n個通光環帶上第m個小孔的中心位置；光子篩篩孔大小為菲涅爾波帶片亮環帶寬度的倍數；

根據大口徑光子篩的結構參數規劃出若干個子區間，子區間的形狀包括環帶扇形、塊狀，并且保證每一個子區間上的小孔都是完整的(劃分子區間的劃分線不能穿過小孔)；

依次加工出各個子區間；

將加工的各個子區間進行拼接；

利用拼接后完整的光子篩對物體成像，所成的像(又稱中間像)是模糊的，因為拼接后完整的光子篩的位置分布是經過位相編碼的，所以物體經過拼接光子篩后的信息得到保留，利用圖像復原技術就可以將模糊圖像復原成清晰圖像。