大口径导光板抛光及其功率谱密度分析

光学技术对于现代科学尤其是航天科学的发展起着越来越重要的作用。而具有高精度大口径光学元器件的跨尺度加工一直是现代光学技术的难点。超精密气囊抛光技术是基于计算机控制光学表面成形技术。其采用充气的柔性抛光气囊作为抛光工具,解决了传统数控抛光方法中抛光头不能很好地和工件吻合的缺点。以Preston方程为基础,研究了超精密气囊抛光的理论材料去除特性,建立了气囊抛光中进动运动方式下的材料去除模型,并针对气囊抛光工具的物理特性,按照Hertz接触理论对去除模型进行了修正。在理论分析的基础上完成了一块口径为570 mm的平面楔形工件的抛光,使得工件的面形精度P-V值达到了1/8 ,RMS值达到1/75 。并分析了该元件的功率谱密度（PSD）曲线,窄带噪声及其产生原因。     

深紫外投影物镜偏心调整机构的传动比分析(英文)

在深紫外光刻投影物镜的研制中,彗差和像散的补偿主要依靠光学元件的偏心调整机构。分析其工作原理及传动比特性:首先采用速度瞬心法推导传动比理论计算公式;然后建立偏心调整机构的运动学仿真模型,对输入/输出传动比进行模拟分析,并对光学元件沿X、Y向运动的位移特性进行分析;最后,分析机构沿X、Y向分别运动时正交方向的运动耦合误差。结果表明:通过理论计算和运动学仿真分析得到的传动比极其吻合;光学元件中心沿X、Y向的输出位移和驱动器输入位移均呈强线性关系;在驱动器输入位移为100μm时,光学元件沿X向的耦合误差为0.16%,沿Y向的耦合误差为0.497%;在驱动器输入位移为2 000μm时,光学元件X向的耦合误差增大到3.486%,沿Y向的耦合误差增大到9.888%;为后续研究提供了理论依据。     

衍射光学元件设计参数对杂散光的影响

衍射光学元件被广泛应用于激光光束整形领域中。然而,在实际测量中常常发现衍射效率实际的测量值与设计值存在较大的偏差,原因之一在于输出的焦斑主瓣以外会产生高级次衍射杂散光。文中从理论上推导了高级次衍射杂散光产生的原因并对具有不同设计参数的衍射光学元件进行了仿真分析。通过研究,定义了一个新的参数,相对周期。它与光波波长成正比,与衍射光学元件的采样单元尺寸以及远场衍射角成反比。结果表明,衍射光学元件的衍射效率只是关于相对周期的函数,而与焦斑主瓣的具体形状无关。随着相对周期的增加,衍射效率随之增大。所以可通过适当选取远场衍射角和采样单元尺寸的参数以调整相对周期的大小,有效抑制高级次衍射杂散光。该参数在衍射元件的设计中具有重要的指导意义。     

硒化锌晶体平面超精密复合加工

硒化锌晶体作为常用的红外晶体材料,广泛应用于红外光学系统中。为了提高大口径硒化锌晶体平面光学元件的加工质量和效率,提出了将超精密飞刀车削加工与传统数控抛光技术相结合的加工方法,首先进行超精密飞刀车削加工,获取到较好的形状精度和表面质量,然后针对飞刀车削后表面痕迹进行传统数控抛光加工,进一步提高光学元件的形状精度和粗糙度。经过实验验证,该方法有效提高了硒化锌平面晶体的加工效率并改善了加工后的表面质量,对硒化锌晶体的超精密加工方式具有重要的参考价值。     

衍射光学元件斜入射衍射效率的测量

针对衍射光学元件衍射效率测量的双光路实验装置,当次级衍射光通过孔径光阑由探测器接收时,为保证测量精度提出了测量衍射效率的修正公式。针对所研制的含有衍射光学元件的折衍射混合成像光学系统,选取可见光波段中的3个激光波长,当衍射面上入射角度为12时对该衍射光学元件进行了衍射效率的测量,并对测量结果进行了模拟和分析。由于存在一定的加工误差和斜入射时遮挡效应的影响,实际测得的衍射光学元件的衍射效率比理论计算结果低。根据测量结果拟合曲线,在473~632.8 nm波段范围内的带宽积分平均衍射效率对比理论值存在12.84%的偏差。     

空间光学遥感器的光学元件组件的频率设计

空间光学遥感器的光学元件的光学参数通常是根据设计经验来选定的.建立了空间光学遥感器的全阻尼动态分析模型,得到了光学元件动态响应的表达式.从工程的实际条件出发,当阻尼比为0.03、质量比为0.2时,通过MATLAB编程对光学元件的动态响应进行了数值分析.结果表明,为了尽可能地降低光学元件的动态响应,应该选择合理的动态频率,而不是一味地提高光学元件组件的动态频率.     

ICF终端光学元件损伤在线检测装置的研究

终端光学元件是惯性约束聚变（ICF）系统最重要的组成部分之一。文中针对ICF系统中终端光学元件损伤的高精度、高效率检测问题,对光学元件损伤在线检测技术进行了研究,以神光-Ⅲ原型装置终端光学元件为检测对象设计了光学元件损伤在线检测系统。针对终端光学元件的排布特点及其检测要求,利用CODEV软件设计了高分辨率变焦距望远光学系统;根据终端光学元件在靶室中的分布位置,设计了相应的对准及定位系统,实现了对球体空间排布的大尺寸光学元件组的远距离、高精度、实时快速检测。模拟ICF靶场环境进行了离线仿真实验,实验表明:系统的MTF曲线在68 lp/mm大于0.4,80%能量分布在22像元内。在1.8~2.8 m的工作距离下,检测装置对300 mm300 mm视场范围内60 m以上的损伤点可以通过图像处理方法进行分辨,160 m以上的损伤点可以进行精确测量;姿态调整系统各运动环节运行精度均优于13 arc sec,满足检测要求。     

小功率LED光源封装光学结构的Monte Carlo模拟及实验分析

采用Monte Carlo方法对不同光学封装结构的LED进行模拟,建立了小功率LED的仿真模型,应用空间二次曲面方程描述LED的封装结构,对其光强分布进行模拟和统计.通过测量实际样品,并与模拟结果进行比较和分析,表明计算机模拟值与实验测量值比较吻合.     

小功率LED光源封装光学结构的Monte Carlo模拟及实验分析

采用MonteCarlo方法对不同光学封装结构的LED进行模拟,建立了小功率LED的仿真模型,应用空间二次曲面方程描述LED的封装结构,对其光强分布进行模拟和统计.通过测量实际样品,并与模拟结果进行比较和分析,表明计算机模拟值与实验测量值比较吻合.     

用二元光学实现TEM00模向TEM10模转换的一维数值模拟

已提出一些二元光学元件数值设计的算法,如GS算法、输入输出算法、杨-顾相位恢复算法、直接二元搜索法、模拟退火法、遗传算法等.其中杨-顾相位恢复算法,已成功地解决了多种实际问题,是比较实用的算法.利用二元光学原理实现TEM00模到TEM10模的转换对激光技术的发展有一定理论价值和使用价值,近年来已有人进行了一些研究.但尚无利用杨-顾算法模拟计算用二元光学原理将氦氖高斯基模光束转换成TEM10模的情况. 我们利用杨-顾算法模拟计算了用二元光学原理将氦氖激光器高斯基模光束转换成TEM10模的一维情况,设计了实现此转换的16阶二元光学元件.此元件的计算衍射效率约为87%,设计模拟光强值与预期光强值的相对平均误差为0.9%.同时,模拟计算了输入光斑大小对衍射效果的影响.(OG9)     

蓝宝石衬底nm级CMP技术研究

介绍了蓝宝石衬底的化学机械抛光工艺,讨论分析了影响蓝宝石衬底化学机械抛光的因素,定量确定了最佳CMP工艺。提出先以重抛过程提高蓝宝石抛光速率,然后以轻抛过程降低最终表面粗糙度的工艺路线。在配制抛光液时加入FA/OⅠ型活性剂保护SiO2胶粒的双电子层结构。在轻抛过程之前抛光垫用原液浸泡20～30min,抛光磨料直径为20～40nm。实验最佳工艺条件下的抛光速率达231.6nm/min,粗糙度降至0.34nm。     

磷酸盐激光玻璃的化学机械抛光

从磷酸盐激光玻璃的成分和结构出发,分析了其化学机械抛光(CMP)机制.通过实验验证了磷酸盐激光玻璃对抛光液pH值具有较强的选择性,在微酸性和中性条件下磷酸盐激光玻璃具有较高的抛光效率,在抛光液中添加pH值调节添加剂会保持抛光环境的酸碱性从而影响抛光效率和抛光质量.通过对pH值和抛光剂浓度的控制获得了均方根(RMS)优于0.6 nm的磷酸盐激光玻璃的超光滑表面.     

钼酸铵浓度对玻璃基片化学机械抛光的影响

为了满足先进电子产品对玻璃母盘基片的表面超光滑的要求,氧化硅基抛光液平坦性能的重要性日益凸显,但它的致命缺点是抛光速率较低。本文采用胶体氧化硅为磨料,钼酸铵为抛光速率促进剂,研究了其浓度对玻璃基片材料去除率、抛光后表面粗糙度和抛光过程中摩擦系数的影响。结果表明,当钼酸铵浓度为2%时,可以达到最高的材料去除率和最低的表面粗糙度。另外,在线摩擦系数测试表明材料去除率和摩擦系数成正比。     

Effect of ammonium molybdate concentration on chemical mechanical polishing of glass substrate

The effect of the ammonium molybdate concentration on the material removal rate(MRR) and surface quality in the preliminary chemical mechanical polishing(CMP) of a rough glass substrate was investigated using a silica-based slurry.Experimental results reveal that the ammonium molybdate concentration has a strong influence on the CMP behaviors of glass substrates.When the ammonium molybdate was added to the baseline slurry,polishing rates increased,and then decreased with a transition at 2 wt.%,and the ro...     

Chemical mechanical polishing of freestanding GaN substrates

Chemical mechanical polishing (CMP) has been used to produce smooth and scratch-free surfaces for GaN. In the aqueous solution of KOH, GaN is subjected to etching. At the same time, all surface irregularities, including etch pyramids, roughness after mechanical polishing and so on will be removed by a polishing pad. The experiments had been performed under the condition of different abrasive particle sizes of the polishing pad. Also the polishing results for different polishing times are analyzed, and chemical mechanical polishing resulted in an average root mean square (RMS) surface roughness of 0.565 nm, as measured by atomic force microscopy.     

GaN自支撑衬底的化学机械抛光研究

Chemical mechanical polishing （CMP） has been used to produce smooth and scratch-free surfaces for GaN. In the aqueous solution of KOH, GaN is subjected to etching. At the same time, all surface irregularities, including etch pyramids, roughness after mechanical polishing and so on will be removed by a polishing pad. The experiments had been performed under the condition of different abrasive particle sizes of the polishing pad. Also the polishing results for different polishing times are analyzed, and chemical mechanical polishing resulted in an average root mean square （RMS） surface roughness of 0.565 nm, as measured by atomic force microscopy.     

精密数控抛光碳化硅表面去除特性研究

计算机数控精密机械抛光技术是制造高精度、高质量光学元件表面的主要技术之一。然而,对于碳化硅材料表面去除特性方面的研究却相对较少。在航天航空领域中,陶瓷类材料碳化硅的应用较为广泛。针对计算机数控精密机械抛光技术,根据一系列的抛光实验,研究并总结出碳化硅材料表面的去除机理。基于选择不同等级的四种变量参数:抛光磨头转速、抛光压力、磨头补偿量和抛光头角度,分析碳化硅材料表面的去除趋势。采用Taguchi方法可以有效优化实验设计参数、减少实验整体次数。结果表明:文中总结出对应的抛光参数组合和材料表面的去除特性,确保加工出高质量表面的碳化硅材料。     

Magnetorheological finishing of optical surface combined with symmetrical tool function

This research is aimed at the development of computer-aided polishing technology for optical surfaces using magnetorheological (MR) fluid as medium.The mechanism of a dual-axis polishing wheel and the mathematical model combined with a symmetrical tool function are demonstrated.The effects of speed,gap,time and geometric parameters of the tool have been experimentally evaluated by polishing a parabolic BK7 mirror in 120mm diameter.The surface topography presented an obvious amelioration,and the shape accuracy decreased to 0.067λ from 0.519λ(λ=632.8nm,RMS) after 75min finishing.     

基于椭圆运动方式的小工具抛光去除函数

为了改进传统的小工具抛光的去除函数的特性和提高去除效率,在行星和平转动抛光方式的基础上,通过三转子机构,实现了椭圆式运动方式;以Preston理论为基础,研究并推导了在这种运动方式下的材料去除函数;通过计算机模拟得到了去除函数的面形矩阵,经过优化后获得了最终的抛光参量,得到了与理想的高斯型函数吻合程度高的去除函数。结果表明,仿真加工后,其去除效率优于行星式去除函数。基于椭圆运动方式的小工具抛光避免了行星和平转动抛光方式去除函数存在的缺陷,有助于提高抛光过程的去除效率。