用自制总积分散射仪评估SiC基底表面改性效果

根据总积分散射理论自制了半球式总积分散射仪,建立了系统规范的测试方法,并应用其对工程中SiC基底表面改性的效果进行了相关检测和评估。改性后RB-SiC和S-SiC基底的散射系数分别降低到2．86％和1．53％,已接近于抛光良好的微晶玻璃的水平（1．38％）。该散射仪的优点是操作简单、方便快捷、不接触样品、对表面无损害。通过对测试数据的分析可知,从散射特性角度对SiC基底表面改性效果进行评估是合理有效的。把相关测试结果与分光光度计的测试结果对比,测量偏差在1．1％左右,说明该总积分散射仪的测试结果准确可靠。     

空间RB-SiC反射镜的表面离子辅助镀硅改性技术

针对空间用RB-SiC材料由Si\SiC两相结构引起的光学表面缺陷问题,提出了表面离子辅助沉积（IAD）硅膜的改性新方案以优化RB-SiC光学表面反射率。对厚度为10µm的IAD-Si改性层的主要性能研究显示：IAD-Si膜层为非结晶结构,能够提供较好的抛光表面,在77K-673K的热冲击下膜层稳定性良好。以Si膜的抛光机理为依据对IAD-Si改性层进行了大量抛光工艺实验和表面质量测试,给出了关键的抛光工艺参数和实验结果。通过表面IAD-Si改性及本文提出的改性层超精加工技术能够在反射镜表面得到面形精度的RMS值低于1/20λ(λ=632.8nm)且表面粗糙度的RMS值低于0.5nm的超光滑表面;与改性前相比,反射镜改性层抛光表面在360-1100 nm 波段的反射率提高了4.5%以上。     

离子辅助制备碳化硅改性薄膜

介绍了一种利用霍尔型离子源辅助电子束蒸发,在反应烧结碳化硅(RB-SiC)材料上制备硅改性薄膜的方法,研究了不同沉积速率下薄膜改性后的抛光效果.对样品进行了表面散射及反射的测量.通过样品的显微照片可知,硅膜层在沉积速率增大的条件下结构趋于疏松.在精细抛光镀制有硅改性薄膜的反应烧结碳化硅样品后,表面散射系数减小到1.46%,反射率接近抛光良好的微晶玻璃.温度冲击实验和表面拉力实验表明:硅膜无龟裂和脱落,性质稳定,与碳化硅基底结合良好.     

表面改性非球面碳化硅反射镜的加工

为了获得高质量光学表面的非球面碳化硅(SiC)反射镜,对碳化硅反射镜表面改性技术以及离子束辅助沉积(IBAD)Si改性后的非球面碳化硅反射镜的加工技术进行研究。首先,简要介绍了碳化硅反射镜表面改性技术以及本文所采用的离子束辅助沉积(IBAD)Si的改性方法。然后,通过采用氧化铈、氧化铝以及二氧化硅等各种抛光液对离子束辅助沉积(IBAD)Si的碳化硅样片进行抛光试验。试验结果表明氧化铈抛光液的抛光效率较高,使用二氧化硅抛光液抛光后的样片表面质量最好。最后,在上述实验的基础上,采用计算机控制光学表面成型（CCOS）技术对尺寸为650mm×200mm的表面改性离轴非球面碳化硅(SiC)反射镜进行加工,最终的检测结果表明离轴非球面碳化硅(SiC)反射镜实际使用口径内的面形精度（RMS值）优于λ/50（λ=0.6328μm）,表面粗糙度优于1nm（Rq值）,满足设计技术指标的要求。     

离子辅助制备碳化硅改性用硅膜的研究

本文介绍了一种利用霍尔型离子源辅助电子束蒸发，在碳化硅（Silicon Carbide: SiC）材料上制备硅改性薄膜的方法，研究了不同沉积速率下改性后的抛光效果。对样品进行了表面散射及反射的测量。通过样品的显微照片可知硅膜层在沉积速率增大条件下结构趋于疏松。通过精细抛光改性的反应烧结碳化硅（Reaction Bonded Silicon Carbide: RB-SiC）样品表面散射系数减小到1.46%，反射率接近抛光良好的微晶玻璃。温度冲击实验和表面拉力实验表明硅膜无龟裂和脱落，性质稳定，与碳化硅基底可以良好的结合。     

RB-SiC基底反射镜表面改性工艺的改进

为了满足空间用大口径、复杂轻量化结构RB-SiC基底反射镜对高性能表面质量的需求,针对RB-SiC基底的特性,提出了改进表面改性工艺的方法.采用高能量考夫曼离子源辅助,预先对基底进行碳化和加镀C缓冲层,并制备Si改性涂层的方法对RB-SiC基底进行了表面改性.测试结果表明:与单纯霍尔离子源辅助方法相比,该工艺方法制备的Si改性涂层生长得更加致密、均匀,抛光特性良好;改性抛光后表面粗糙度(rms)降低到0.635 nm,达到了S-SiC基底的水平;改性后RB-SiC基底的反射率明显提高,达到了抛光良好的微晶玻璃的水平.结果表明,该工艺方法是提高RB-SiC基底表面改性效果的一种合理有效的方法.     

一种提高空间用RB-SiC基底反射镜表面改性效果的有效方法

为了满足空间应用中大口径、复杂轻量化结构的RB-SiC基底反射镜对高性能表面质量的应用需求,针对RB-SiC基底的特性,改进了表面改性工艺方法。采用高能量考夫曼离子源辅助,预先对基底进行碳化和加镀C缓冲层,并制备Si改性涂层的方法对RB-SiC基底进行了表面改性。测试结果表明：与单纯霍尔离子源辅助方法相比,此工艺方法制备的Si改性涂层生长得更加致密、均匀,抛光特性良好;改性抛光后表面粗糙度（rms）降低到0.635nm,已达到S-SiC基底的水平;改性后RB-SiC基底的反射率明显提高,已经达到抛光良好的微晶玻璃的水平。结果表明该工艺方法是提高RB-SiC基底表面改性效果的一种十分合理有效的方法。     

用自制总积分散射仪进行SiC基底表面改性效果评估

根据总积分散射理论和工程需要自制了半球式总积分散射仪,并应用其对SiC基底表面改性的效果进行检测和评估。其优点是操作简单,方便快捷,不接触样品,对表面无损害。通过对测试数据的分析和与分光光度计的对比可知,从散射特性角度对SiC基底表面改性效果进行评估是合理有效的,该总积分散射仪的测试结果是准确可靠的。     

应用SiC反射镜表面改性技术提高TMC光学系统信噪比

为了消除SiC反射镜的固有缺陷,提高反射式光学系统的信噪比,使用SiC表面改性技术对同轴三反射(TMC)光学系统的SiC反射镜进行了处理.首先,应用等离子体辅助沉积(PIAD)技术沉积了一层Si改性层,接着对改性层进行精密抛光,然后在反射镜表面镀制Ag膜和增强膜,最后获得了表面改性对TMC光学系统信噪比的影响.Wyko轮廓仪测试表明,SiC反射镜的粗糙度R_a由10.42 nm降低到了0.95 nm;镀制高反射膜后,主镜、次镜、三镜及折叠镜在0.5～0.8 μm可见光波段的反射率＞98%.计算结果表明,应用了表面改性技术后TMC反射式光学系统的信噪比提高了5%以上,说明SiC表面改性技术是一种提高TMC光学系统信噪比的有效方法.     

2m大口径RB-SiC反射镜的磁控溅射改性

为了消除RB-SiC反射镜直接抛光后表面存在的微观缺陷,降低抛光后表面的粗糙度,提高表面质量,针对大口径SiC的特性,选择Si作为改性材料,利用磁控溅射技术对2m量级RB-SiC基底进行了表面改性。在自主研发的Φ3.2m的磁控溅射镀膜机上进行基底镀膜,利用计算机控制光学成型法对SiC基底进行了抛光改性。实验结果表明,改性层厚度达到15μm;在直径2.04m范围内,膜层厚度均匀性优于±2.5%;表面粗糙度由直接抛光的5.64nm(RMS)降低到0.78nm。由此说明磁控溅射技术能够用于大口径RB-SiC基底的表面改性,并且改性后大口径RB-SiC的性能可以满足高质量光学系统的要求。     

A new optical technique for roughness measurement on moving surface

A new optical technique which allows the roughness of moving surfaces to be determined was developed. The new technique which is called the dark/bright ratio (DBR) method utilizes the combined effects of speckle and scattering phenomena. The roughness of surfaces is inferred from the dimensions of the recorded dark or bright area in the speckle pattern. Although it is a relative method, it has great potential to be used for in-process measurement and automation owing to the simplicity of both its principle and required optical set-up. The new technique has also been proved to have large measuring range and with high precision. The principle of this technique and the set-up of the measuring system are described. Experimental results for both static and dynamic conditions, which were compared to those obtained using the traditional stylus technique, were found to be in good agreement. The reliability of the new technique in obtaining roughness data of surfaces under various speed conditions (from 0 to 0.017 m/s) was validated.     

Noncontact surface roughness measurement of engineering surfaces by total integrated infrared scattering

As precision engineering surfaces are gaining in importance in industry, so are the surface quality requirements. These surfaces have rms roughness typically ranging from some nanometers up to a few micrometers. Although numerous techniques exist for rough surface characterization, from traditional line-scanning stylus profilometers to modern three-dimensional (3-D) measurement instruments, there is a need for a fast, area-covering technique. An efficient method for the characterization of smooth surfaces is elastic light scattering. At visible wavelengths, the limits on roughness range and spatial frequency range make the method unsuitable for characterizing engineering surfaces. By increasing the wavelength of the incident light from the visible to the infrared, elastic light scattering turns out to be applicable for engineering surfaces. We have used total integrated scattering at 10.6 μm wavelength to measure rms roughness up to two micrometers. In this paper, the instrument design and properties are reviewed. We also present results from measurements on ground steel surfaces. Excellent correspondence with mechanical stylus measurements exists for surfaces with rms roughness in the range from 0.1–1.7 μm. The technique shows potential for rapid quality inspection of engineering surfaces.     

散射法表面粗糙度测量

介绍了标量和矢量两种散射理论，并用软X射线反射率对超光滑表面进行散射测量，同时应用这两种理论计算了超光滑表面粗度均方根值，从计算结果来看，两种理论所得结果与WYKO测量结果吻合较好。     

基于共焦成像法的亚表层损伤散射仿真

光学零件的亚表面缺陷直接影响其使用性能和抗激光损伤阈值等重要指标,而造成这些危害的根本原因是由损伤层引入的入射光的散射。采用时域有限差分(FDTD)法,结合共焦层析测量系统进行模拟仿真。首先,针对常见的光学材料,分析了入射光经由亚表层中的微裂纹、气泡等常见缺陷调制后的光场分布,并结合不同形态参数和光学参数建立模型;其次,引入球面波激励源,模拟计算了入射波聚焦点沿固定间隔逐渐偏离缺陷时的散射分布。结果表明:共焦层析测量系统能够实现对亚表层损伤的测量,满足纵向响应函数趋势。     

基于斜射式散射法的曲表面粗糙度原理及其系统研究

针对狭小空间曲表面粗糙度测量精度与效率不足的问题,对光源斜射入狭小空间曲表面形成的空间散射强度信号分布与曲表面粗糙度值之间的关系进行了研究,提出了一种基于斜射式散射法的光纤传感器粗糙度测量系统。首先通过实验构建了测量电压值与光入射角度、传感器与曲表面测量距离及曲表面曲率等参数之间的特性曲线,确定了该系统的测量范围;其次通过标定实验获得了粗糙度值和测量电压值的特性曲线,该特性曲线与理论分析结果相吻合,且呈单调性;最后利用该系统进行了狭小空间曲表面粗糙度的测量实验。研究结果表明,该方法具有一定的可行性,与触针法所获结果之间的误差小于5%,能够进行狭小空间曲表面粗糙度测量。     

球面光学元件表面疵病检测技术研究

针对现有球面光学元件表面疵病检测技术研究较少的情况,根据疵病对光的散射特性,提出了一种基于机器视觉技术检测球面光学元件表面疵病的方法。实验分析了光照角度、光强大小和球面光学元件曲率半径对疵病散射光成像质量的影响。并对口径为Φ14mm,曲率半径为13mm的球面光学元件表面进行了检测,实验表明,该技术对元件样品上10μm以下的表面疵病可进行有效的检测。     

The interaction of surface plasmon polaritons with a silver film edge

A prism coupling arrangement is used to excite surface plasmons at the surface of a thin silver film and a photon scanning tunnelling microscope is used to detect the evane-scent field above the silver surface. Excitation of the silver/air mode of interest is performed at λ₁ = 632.8 nm using a tightly focused beam, while the control of the tip is effected by exciting a counter-propagating surface plasmon field at a different wavelength, λ₂ = 543.5 nm, using an unfocused beam covering a macroscopic area. Propagation of the red surface plasmon is evidenced by an exponential tail extending away from the launch site, but this feature is abruptly truncated if the surface plasmon encounters the edge of the silver film — there is no specularly reflected 'beam'. Importantly, the radiative decay of the surface mode at the film edge is observable only at larger tip–sample separations, emphasizing the importance of accessing the mesoscopic regime.     

光学表面冗余粒子在离轴及斜入射高斯波束作用下的辐射力

针对光学表面冗余粒子的清除问题,通过离轴高斯波束的球矢量波束展开方法,研究了介质球对离轴及斜入射高斯波束的散射特性;基于得到的结果结合连带勒让德函数的正交递推关系推导了离轴高斯波束对介质球的横向和轴向辐射力的解析表达式,并重点分析了离轴距离和高斯波束斜入射角度分别对轴向辐射力和横向辐射力的影响。结果表明,离轴入射时,在束腰负半轴2μm处出现一个总力极大值,过束腰零点后5μm处出现一个反向次大值点;高斯波束斜入射时,辐射力在束腰中心前后各出现一个极大值,随着入射角的增大,曲线整体下移减小,辐射力极大值所对应的Z0位置固定。得到的结论可用于无损检测工程中,即通过调节高斯波束束腰位置可提高对冗余粒子驱逐和控制的效率。     

具有复杂型面机架的快速曲面重构技术

零件的曲面模型是获得其逆向设计数据等后续处理的关键环节。为了快速获得具有复杂型面机架的设计数据,研究了该机架点云曲面重构的获取方法。鉴于机架不同部位对逆向设计精度要求不同,采用Imageware和Geomagic Studio软件对机架的销孔和外形点云分别进行曲面重构之后,再实施整个模型的曲面整合策略。介绍了应用两种软件完成机架曲面模型的主要处理过程及关键环节。该方法能快速获得符合精度要求的机架曲面模型,可行且高效,为机架曲面模型的实体化及其后续处理提供了可靠依据。     

表面分析仪器在超疏水表面研究中的应用

超疏水表面制备与研究是近年来材料科学的重要研究方向,超疏水表面的研究离不开表面分析测试仪器。本文简要介绍了超疏水材料的表面特性、理论模型及其制备方法,重点介绍了扫描电子显微镜、X射线光电子能谱、原子力显微镜和表面接触角测试等几种常用表面分析方法的基本原理及其在超疏水表面研究中的具体应用。