1m望远镜主反射镜的支撑和装配

考虑大口径光学望远镜中主反射镜的支撑精度直接影响光电探测设备的整机性能,本文根据光学系统对口径为1 000 mm的主镜的支撑精度要求和光电设备中主镜的使用情况,采用轴向和径向组合支撑的结构形式来完成对主镜的支撑,并通过有限元法对支撑位置进行理论分析和计算.实验显示,在轴向18点浮动支撑、径向3点柔性支撑的情况下,主镜能够达到较高的面形精度.针对传统装调工艺不能获得理想的面形精度,探索了新的主镜装调方法.用干涉仪对带有支撑的主镜进行实时测量并进一步进行修磨,使主镜在装配完成后达到λ/18的面形精度.该方法满足了本项目的指标要求,也为更大口径主镜的装调提供了一种新的思路.  

绝对平面检测方法的研究进展

光学平面的干涉检测发展至今，检测精度已经大大提高，而高精度的平面检测很大程度上受限于参考平面的精度，针对参考平面面形对检测结果的影响，利用绝对平面检测方法，通过多次测量以达到消除参考平面偏差的目的。从测量方式和计算方法两个方面分析了不同绝对平面检测方法的原理，介绍了最新发表的相关成果以及研究动态，并对比了检测结果。这些检测方法已经精确到像素级，并通过多种计算方法使得峰谷（PV）值的计算精度大部分达到了λ/100。  

小直径金属基球头金刚石砂轮电火花修整技术

针对深凹非球曲面器件及半球谐振子超精密磨削中使用的小直径金属基球头金刚石砂轮,提出一种基于电火花修整原理的精密修整方法.从理论上分析机械误差及修整参数对砂轮修整后面形精度的影响,基于理论分析结果研制金刚石球头砂轮电火花修整装置.通过正交试验研究修整参数对砂轮面形精度的影响规律,得到最优电火花修整参数.试验结果表明,修整后的砂轮面形精度优于0.8 μm,磨粒突出效果良好,可以满足半球谐振子及其他光学零件超精密磨削中砂轮修整需要.  

核主泵用流体静压密封环圆锥面超精密磨削

提出采用工件旋转杯形砂轮切入磨削原理来加工核主泵用流体静压密封环圆锥面新方法,对密封环圆锥面的径向轮廓误差随砂轮半径、回转台与砂轮中心距,砂轮俯仰角、砂轮侧偏角的变化规律进行深入分析,发现选择适当的机床结构参数,采用工件旋转杯形砂轮切入磨削原理加工核主泵用流体静压密封环圆锥面时,由磨削原理引入的径向轮廓误差极小,为纳米量级。根据最小径向轮廓误差和最小磨削接触弧长原则确定了核主泵用流体静压密封环圆锥面的超精密磨削实现策略。在工件旋转杯形砂轮切入磨削机床上实现了核主泵用碳化硅密封环圆锥面的高精度、低表面粗糙度磨削,测得周向跳动、径向轮廓误差和表面粗糙度Ra分别为0.16μm、0.15μm和3 nm。  

长春光机所深紫外光学薄膜技术研究进展

综述了深紫外光学薄膜技术在中科院长春光学精密机械与物理研究所的研究进展。为满足高性能深紫外光学系统对薄膜光学元件的需求,在以下方面开展了系统研究:定制了两台深紫外光学薄膜专用沉积设备,分别用于高性能深紫外光学薄膜的热蒸发与离子束溅射沉积工艺,实现了φ410mm光学元件的镀膜;通过优化薄膜沉积工艺,双面镀膜样品在193nm处典型透过率为98.5%～99%;对影响光学元件面形精度的因素进行了考察,可实现的膜厚均匀性为0.1%(rms),能够满足高质量深紫外光学系统的容差要求;采用X射线衍射方法对薄膜应力进行了测量,并采用有限元方法分析了应力对元件面形的影响;针对影响薄膜实用性能的因素,提出了针对性的解决方法,采用紫外辐照方法恢复了环境污染引起的透过率下降,发展了基于晶振监控法的膜厚精确控制方法。基于这些研究的阶段性成果,明确了下一步的研究方向。  

Ф50mm石英非球面零件批量化生产数控研抛技术的应用研究

非球面光学元件的加工技术在近些年有了一定的发展,如计算机数控单点金刚石车削技术、光学玻璃透镜模压成型技术、光学塑料成型技术、计算机数控研磨和抛光技术、环氧树脂复制技术、电铸成型技术以及传统的研磨抛光技术等。目前,世界先进国家均开展了光学非球面的数控铣磨和抛光技术的研究,如美国的Rochester大学和以德国Satisloh、Optotech、LOH公司等为代表,利用计算机自动控制技术,实现非球面元件的快速精密铣磨成型,并且能够保证光学零件具有较高的面形精度。国内的凤凰、中光学、舜宇等企业均已将发展非球面镜技术和产品作为企业发展和新产品开发的重要方向。  

大尺寸轴对称非球面磨削精度建模和分析

运用刚体运动学理论和坐标变换,建立高精度平面磨床的通用误差模型。针对大尺寸轴对称非球面工件的高精度加工要求,采用光栅式平行磨削的加工方式。根据这种非球面磨削方式和高精度平面磨床的结构,给出影响大尺寸非球面加工精度的主要误差因素,并建立基于这些主要误差因素的大尺寸非球面误差模型。对主要单项误差的分析表明,磨床的直线度及定位精度误差和圆弧半径误差是影响面形分布的主要因素,而面形误差值则是各个误差综合作用的结果。通过误差模型可以预测面形误差分布和大小,并可以利用该模型进行补偿加工。加工试验结果表明,该模型能够比较准确地预测面形精度,补偿试验后精度提高,说明利用该模型进行补偿是有效的。  

大口径平面光学元件的磁流变加工

为了实现大口径平面光学元件的高精度加工,开展了磁流变加工技术的研究.介绍了磁流变加工原理及去除函数的数学模型.根据磁流变加工的特点,建立了元件整体加工的工艺流程,给出了元件加工的工艺要素.然后,开发了抛光斑的提取软件,并基于轨迹段划分的速度模式开发了工艺软件,分析了工艺软件的各项功能模块.最后,基于元件加工的工艺流程,对一件800 mm×400 mm的元件进行了加工实验.利用检测设备测得了元件的低、中、高频的加工指标,其低频反射波前PV值为34 nm,中频波前功率谱密度(PSD1)值为1.7 nm,高频粗糙度Rq值为0.27 nm.实验显示了较好的实验结果,验证了利用磁流变加工技术实现了大口径光学元件的高精度加工的可行性.本文还阐述了磁流变加工技术在高功率激光元件中应用的优点.  

Φ420 mm高次非球面透镜的加工与检测

介绍了Φ420 mm熔石英高次非球面透镜的加工与检测方法.对现有数控加工工艺进行了优化,通过分工序加工方式,依次采用机器人研磨、抛光和离子束修形技术完成了透镜的加工.进行非球面透镜检测时,考虑透镜的凹面为球面,利用球面波干涉仪对其面形进行了直接检测,剔除干涉仪标准镜镜头参考面误差后,透镜凹面的精度达到0.011λ-RMS;针对透镜的凸面为高次非球面,采用基于背后反射自准法的零位补偿技术对其进行面形检测,其精度达到0.013λ-RMS.最后,采用一块高精度标准球面镜对加工后透镜的透射波前进行了自消球差检测,得到其波前误差为0.013λ-RMS.试验结果表明,非球面透镜各项技术指标均满足设计要求.所述工艺方法亦适用于更大口径的非球面透镜及其他类型非球面光学元件的高精度加工.  

大口径S iC轻量化反射镜柔性带式支撑静摩擦影响

采用柔性带式支撑方式的大口径光学反射镜与支撑带之间的静摩擦力对反射镜面形精度影响较大,而且该影响难于直接定量测量.针对这一实际情况,考虑到温度变化将引起静摩擦力状态变化这一规律,建立了温度—静摩擦力间的关系表达式;接着,以反射镜所受静摩擦力与环境温度关系为基础,通过测量不同温度下的反射镜面形精度,间接推算出静摩擦力对反射镜面形精度的影响;以1.2米S iC轻量化反射镜为研究对象,利用干涉仪检测其柔性带式支撑机构在不同温度下的面形精度,并利用实测数据推导出温度—静摩擦关系的相应系数;最后借助ANSYS软件,对带式支撑机构的受力情况进行仿真分析.实测结果与仿真分析结果一致性较好,说明该研究方法可较为准确地推导出静摩擦力对大口径S iC轻量化反射镜面形影响.