红外晶体等距恒速单点金刚石车削

单点金刚石车削技术广泛应用于红外脆性晶体材料光学表面的加工。然而,受车削参数、材料特性、刀具参数等多因素的影响,将会导致车削表面质量的不均匀。为了获得更为均匀优质的表面质量,在分析单点金刚石车削影响因素的基础上,提出了等距恒速的车削方法。详细介绍了等距恒速车削的原理,分析了车削参数的确定过程,得到了等距恒速车削的工件转速和进给速度曲线。最后应用一CVD ZnS材料进行了车削试验,获得了该材料车削最佳的线速度,应用此参数进行车削,得到了均匀优质的车削表面,整体表面粗糙度由Ra=6.4 nm降低到了Ra=4.1 nm。     

单点金刚石车削技术的研究

介绍了单点金刚石车削原理,分析了单点金刚石车削技术中影响光学零件面形精度和粗糙度的重要技术因素,同时提出了相应的解决方案,并展望了单点金刚石车削技术在光学制造领域的应用前景.     

大面阵锑化铟探测器芯片背减薄工艺技术开发

为实现大尺寸锑化铟混成芯片的高质量、高成品率背减薄,介绍了一种单点金刚石车削与磨抛相结合的背减薄工艺。该工艺采用单点金刚石车削技术实现锑化铟芯片大量厚度去除,然后通过旋转磨削工艺进一步去除车削损伤,最终实现了1280×1024元(25■m)大尺寸锑化铟混成芯片背减薄(材料表面的半峰宽值约为8.20～11.90 arcsec)。与传统磨削工艺相比,该工艺对尺寸大、面型差的半导体芯片兼容性强,解决了大尺寸芯片在传统磨削工艺中因面型带来的裂片率高、减薄厚度不均匀的问题。     

磨料特性对InP晶片集群磁流变抛光效果的影响

对InP晶片进行了集群磁流变抛光实验,研究了抛光过程中磨料参数(类型、质量分数和粒径)对InP材料去除速率和表面粗糙度的影响。实验结果表明,InP晶片的去除速率随磨料硬度的增加而变大,表面粗糙度受磨料硬度和密度的综合影响;在选取的金刚石、SiC、Al2O3和SiO2等4种磨料中,使用金刚石磨料的InP去除速率最高,使用SiC磨料的InP抛光后的表面质量最好。随着SiC质量分数的增加,InP去除速率逐渐增加,但表面粗糙度先减小后增大。当使用质量分数4%、粒径3μm的SiC磨料对InP晶片进行抛光时,InP去除速率达到2.38μm/h,表面粗糙度从原始的33 nm降低到0.84 nm。     

微圆弧金刚石刀具车削锗单晶衍射元件

锗单晶衍射光学元件具有特有的色散和温度特性,在红外光学领域,具有广阔的应用前景。衍射元件必须同时满足光学镜面及相位转变点的要求,采用微圆弧金刚石单点车削是解决这一途径的主要方法之一,但采用微圆弧刀具加工时,要求同时满足粗糙度和相位突变点是加工衍射元件的难点,因此,研究微圆弧金刚石刀具车削锗单晶衍射元件具有重大意义。基于DEFORM 3D切削仿真软件,对金刚石刀具车削锗单晶材料进行了仿真分析,分析了切削参数、刀具参数对锗单晶材料粗糙度的影响,并依据仿真试验结果优选切削参数以及刀具参数进行试验,R0.1mm微圆弧刀具车削单晶材料粗糙度达到4 nm。     

硬盘微晶玻璃基板的纳米金刚石抛光

应用经良好分散的纳米金刚石对硬盘微晶玻璃基板进行抛光,获得了亚纳米级表面(0.618nm)。分析了纳米金刚石抛光的行为,展望了纳米金刚石在超精密抛光领域的应用。     

金刚石减反射微纳结构制备技术研究进展

高透过率的窗口材料是光电系统高精度和稳定性的重要保障。金刚石材料集优良的光学特性以及高热导率、低热膨胀系数等特性于一身，是性能优异的宽波段窗口材料。但金刚石在可见光及红外波段的高折射率限制了它的进一步应用，构筑减反射微纳结构抑制金刚石表面反射损耗是较为有效的方法之一。本文综述了近年来金刚石减反射微纳结构的研究进展，着重介绍了微纳结构的减反射机理以及激光加工和离子刻蚀两类加工方式的基本原理及工艺条件，总结了两种方式制备的表面微纳结构对金刚石透过率的影响，对比了各类制备技术的优缺点，并简单介绍了金刚石的应用前景，旨在为相关领域的研究人员提供技术参考。     

21世纪初光学零件加工技术的发展趋势

从研磨抛光技术、金刚石车削技术、精密模压技术和超光滑表面加工等方面回顾了20世纪光学加工技术的重要进展．接着列举了21世纪初光电仪器及器件所具有的主要特征,并结合我国的情况,指出了21世纪初光学零件加工的六个发展趋势．     

21世纪初光学零件加工技术的发展趋势

从研磨抛光技术、金刚石车削技术、精密模压技术和超光滑表面加工等方面回顾了２０世纪光学加工技术的重要进展。接着列举了２１世纪初光电仪器及器件所具的主要特征,并结合我国的情况,指出了２１世纪初光学零件加工的六个发展趋势。     

非绝热近场光学诱导平滑硅表面微结构的电场模拟

如何进一步降低超光滑光学元件表面缺陷是现代超精密光学元件制作技术研究的热点之一。在传统抛光方法的基础上,引入非绝热近场光学诱导平滑硅表面微结构这一新型方法,进一步去除超光滑抛光表面残留的纳米级表面微缺陷,降低表面粗糙度。通过建立超光滑硅表面的微结构几何模型,采用时域有限差分法对表面微结构凸起在532 nm 激光作用下的局域电场增强进行数值模拟。对比不同尺度的微结构所激发的最大电场强度表明,在基底峰谷值小于25.5 nm 时,随微结构尺度递增,所激发的局域电场强度最大值约呈线性增长;随微结构倾斜率的逐渐递增,电场强度最大值也呈递增趋势。通过对激光诱导表面微结构调制电场的数值模拟,构建了硅表面微结构诱导平滑的物理图像,为描绘激光辐照下非绝热近场光学诱导平滑表面微结构的物理过程提供了有力的理论支持。     

衍射光学元件车削误差控制技术

衍射光学元件在光学系统中的应用越来越广泛,对衍射结构的加工质量提出了更高的要求。单点金刚石车削可直接加工出高精度衍射微结构表面,但衍射结构的位置误差和表面质量对其光学性能有较大影响。为了提高衍射光学元件的性能,需要精确控制其车削误差。基于此,分析了影响衍射元件加工质量的因素,建立了揭示位置误差、衍射面形状和刀具半径之间的关系的数学模型,揭示了衍射带位置精度影响规律。通过补偿加工提升基底表面质量来提高衍射曲面面形精度。结合仿真模型与粗糙度影响参数,指导车削刀具半径的选取。最后,基于仿真结果,选择半径为0.02 mm的半圆弧刀具加工,最终加工的衍射元件面形误差为292 nm,衍射环带位置误差最大为55 nm,高度误差最大为16 nm,粗糙度为5.6 nm。实验结果表明,该预测模型可以指导衍射光学元件高精度表面形貌的获取,有利于提高光学系统的成像质量,为高精度衍射光学元件的批量生产提供了技术支持,具有广泛的工程应用价值。     

非零位拼接检测凸非球面金属反射镜

随着单点金刚石车削技术和抛光技术的发展,实现了金属反射镜的快速高效低成本制造。然而,金属反射镜的检测手段存在明显不足,尤其是没有一种快速、高效的检测手段用于检测凸非球面金属反射镜。为提高凸非球面金属反射镜的检测效率,提出一种非零位拼接检测凸非球面金属反射镜的检测方法。结合工程实例,对口径为120 mm,顶点曲率半径R为1121.586 mm,二次曲线常数K为?2.38的凸非球面金属反射镜进行了拼接检测实验,拼接所得面形误差均方根值（RMS）为0.016λ(λ=632.8 nm)。与Luphoscan检测结果对比,验证了非零位拼接检测方法的检测精度RMS为0.007λ,结果表明该方法能够实现凸非球面金属反射镜的快速、高效检测。     

高精度离轴非球面透镜的制造与检测

针对强激光系统所需大口径非球面元件高精度、批量化的加工需求,提出了一种气囊抛光技术与柔性沥青小工具抛光技术相结合的大口径非球面元件高效制造方法。采用气囊抛光技术进行非球面保形抛光和快速修正抛光,实现磨削缺陷层快速去除以及低频误差快速修正。采用柔性沥青工具匀滑抛光技术,在低频误差不被恶化的情况下,控制元件中高频误差。在抛光过程中,利用球面干涉仪搭建的自准直波前干涉检测系统和粗糙度仪对非球面元件进行全频段误差检测。基于上述加工与检测方法完成了430 mm430 mm口径离轴非球面透镜样件实验加工,实验结果为元件通光口径内透射波前PV=0.1,GRMS=5.7 nm/cm,PSD1 RMS=1.76 nm,PSD2 RMS=1 nm,Rq=0.61 nm,并且中频段功率谱密度曲线均在要求的评判曲线之下。实验结果表明,离轴非球面透镜样件全频段指标均达到了合格指标要求。所述制造方法也适用于其他类型大口径非球面光学元件的高精度加工。     

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。     

Effect of surface preparation methods on laser-induced pitting of copper mirrors at the 10.6 µm wavelength

Ten precision Cu laser mirrors prepared by eight different methods were evaluated at 10.6 μm for resistance to spatially selective laser-induced damage (pitting). Surfaces essentially free of pitting and with melt thresholds close to that of intrinsic Cu were produced by electron-beam melting bulk Cu, followed by diamond turning; by diamond turning with a 20° negative top rake angle; by chemical vapor deposition of pure Cu on a diamond-turned Cu substrate; and by polishing bulk Cu on a hard lap with high pressure. The electron-beam melted surface was the most damage resistant, but residual stresses left by the melting process degraded the optical surface figure. A special cleaning method was developed to remove optically absorbing contaminants trapped by surface defects.     

超高精度光学元件加工技术

为满足193 nm 投影光刻物镜对光学元件不同频段的精度要求,提出了一种将超光滑加工和高精度面形修正相结合的超高精度光学元件加工技术。分别介绍了微射流超光滑加工技术和离子束高精度面形修正技术的基本原理。在自行研制的微射流超光滑加工机床和购置的离子束加工机床上对一直径100 mm 的熔石英平面镜进行了超高精度加工,经两次超光滑和一次离子束迭代加工后其面形由初始的rms 值35.042 nm 改善到3.393 nm,中频粗糙度由rms 值0.389 nm 改善到0.309 nm,高频粗糙度rms 值由0.218 nm 改善到0.080 2 nm。最后采用功率谱密度函数对加工前后的光学元件表面质量进行了分析评价。结果表明:采用微射流超光滑加工技术和离子束加工技术相结合的加工方法可以全面提升光学元件的面形精度和中、高频粗糙度,通过合理的工艺优化完全能够获得满足193nm投影光刻物镜要求的超高精度光学元件。     

高次离轴凸非球面反射镜组合加工（特邀）

为提高离轴三反消像散（TMA）光学系统中次镜的制造效率和精度,开展了离轴凸非球面反射镜组合加工和零位检测的研究工作。首先,介绍了方形(298 mm×264 mm)高次离轴凸非球面反射镜的光学参数、技术指标和总体加工路线;其次,提出了铣磨加工工艺策略以及基于气囊和沥青的小磨头组合加工工艺;最后,阐述了光学零件抛光阶段采用的背部透射零位补偿检测法和Offner型零位补偿器,并采用光线追迹法对镜片的零位补偿检验面形畸变进行了矫正,最终面形RMS值为0.025λ （λ=632.8 nm）,满足技术指标要求。上述组合加工工艺和背部透射零位补偿检测方案可以显著提升高次离轴凸非球面反射镜的加工精度和效率。