X射线—极紫外光学中的超精密加工及其应用

短波光学技术的发展对高精密超光滑表面提出了严格要求。在X射线—极紫外光学中,光学元件表面粗糙度均方根值必须达到埃量级。制造这样表面的超精加工包括切割、研磨和抛光等工艺过程。本文介绍一种制造X射线望远镜中非球面镜的复制方法。     

X射线—极紫外光学中的超精密加工及其应用

短波光学技术的发展对高精密超光滑表面提出了严格要求。在X射线—极紫外光学中,光学元件表面粗糙度均方根值必须达到埃量级。制造这样表面的超精加工包括切割、研磨和抛光等工艺过程。本文介绍一种制造X射线望远镜中非球面镜的复制方法。     

极紫外-真空紫外光学薄膜元件的研究进展

极紫外-真空紫外高性能薄膜光学元件的发展对天文、材料、物理等学科具有重要意义。本文主要介绍了同济大学精密光学工程技术研究所在高性能极紫外-真空紫外薄膜光学元件的最新进展。展示了极紫外-真空紫外波段（10～200nm）用薄膜反射镜、薄膜单色器和薄膜起偏器的研究成果。为适应不同的使用需求和环境,开展薄膜内部微结构的综合表征及其物理化学机制的研究,形成了一套完备的极紫外-真空紫外薄膜光学元件表征、优化、制备技术体系,有效提升了均匀性、反射效率、带宽、稳定性和偏振度等薄膜元件核心性能。高性能的极紫外-真空紫外薄膜光学元件研制技术将为我国大型地面科学装置及空间天文观测设备提供强有力的支撑。     

大口径光学元件超精密加工技术与应用

大口径光学元件超精密加工技术是多种学科新技术成果的综合应用,促进了民用和国防等尖端技术领域的发展,在国家大光学工程的推动下,我国的超精密加工技术取得显著的成果。围绕大口径光学元件“高精度磨削＋确定性抛光”超精密加工体系,介绍该领域研究进展及厦门大学微纳米加工与检测联合实验室取得的相关研究成果,主要针对光学元件磨削和抛光两个加工流程,详细分析磨削装备技术、磨削工艺技术、精密检测技术、可控气囊抛光技术、加工环境监控技术和中频误差评价技术等关键技术的研究应用情况。这些技术研究从超精密加工的需求出发,借鉴国内外的研究经验和成果,通过对装备、工艺、检测等各方面整合,形成具有自主知识产权的大口径光学元件磨抛超精密加工体系,从而实现大口径光学元件高精度、低缺陷加工。     

X射线超反射镜的设计与制备

介绍了一种可用于X射线成像望远镜中的高能X射线反射元件的设计和制备。结合Spiller和Yamamoto方法选择了W、C作为膜层材料,用Yamshita设计方法给出初始膜系,经单纯形调优算法设计出掠入射角为8.7mrad时,对波长范围在0.0475nm～0.0886nm范围内的X射线计算反射率达21%宽波段X射线超反射镜。样品采用高精度磁控溅射方法制备,并用X射线衍射仪(XRD)测得在8.7mrad～15.7mrad内反射率为15%左右。     

高分辨率X射线衍射光学元件

评述了BESSY研制的用于X射线聚焦的各种衍射光学元件。基于布拉格-菲涅耳光学元件,设计了高效高分辨率X射线聚焦和色散光学元件。描述了对长焦距布拉格-菲涅耳透镜与可变曲率半径反射镜组合所做的实验研究。用一块反射菲涅耳波带板作聚焦和色散光学元件进行了短脉冲X射线吸收谱(XAS)的测量。     

X射线光学专栏导读

<正>伴随着衍射极限同步辐射光源、X射线自由电子激光装置、高温高密度等离子体、强场物理、极紫外光刻和X射线成像天文学的发展,X射线光学不断从一个台阶走向另一个新的台阶。X射线光学是一门快速发展的学科领域,其不仅与现代前沿科学研究密不可分,更离不开现代超高精度微纳加工与检测技术的大力支撑。X射线光学研究的困难和复杂性不仅体现在米量级非球面深亚纳米精度光学元件的制作与检验上,还表现在纳米尺度结构的超高精度制作上,更体现在反射、衍射与折射元件并重的多种聚焦与成像系统的选择     

金属反射镜超精密加工研究进展

金属反射镜已经成为光学系统主反射镜的发展方向和趋势,金属反射镜的超精密加工已经成为当代科技前沿的关键支撑技术。主要对国内外金属反射镜超精密加工研究进展进行综合评述。评述了单点金刚石车削、光学冷加工、复制法对面形精度和光学性能的影响,从材料方面研究了材料物理特性、工件表面镀层和快速冷凝制造合金对超精密加工表面质量和光学性能的影响。最后对这些加工方法分析对比优缺点,并对金属反射镜超精密加工的技术发展愿景进行了展望。     

微结构光学功能元件模具的超精密磨削加工技术

微结构光学功能元件在航空航天、机械电子、光学以及光电子领域都具有非常重要的应用价值和极其广阔的应用前景,针对其大批量复制用模具的超精密磨削加工技术也越来越受到重视。微结构光学功能元件模具的超精密磨削加工技术不同于传统的磨削加工技术,是在模具表面加工制造出各种不同形貌、不同尺度、不同维数并具有不同光学功能的微小几何结构。结合目前国内外微结构表面超精密制造技术的研究和发展,对微结构光学功能元件模具的超精密磨削加工技术进行综述。介绍超精密磨削加工技术在微结构表面制造中的应用,分析目前微结构光学功能元件模具超精密磨削加工中存在的关键技术问题,并对微结构光学功能元件模具的超精密磨削加工发展趋势进行预测。     

非极化中子超镜用NiC薄膜制作技术研究

NiC/Ti中子超镜是一种高性能的中子多层膜光学元件,NiC纳米薄膜的制作是实现NiC/Ti多层膜的关键技术。基于Ni和C的直流磁控溅射方法,提出了一种NiC联合溅射靶材的实现方法,并制作了NiC单层膜样品。X射线光电子能谱的测量结果表明:用联合溅射靶材制作的NiC薄膜中Ni和C的原子数比与理论预期相吻合;基于X射线光电子能谱测试得到的Ni、C原子数比,通过构建Ni_(86)C_(14)的模型,可以很好地对掠入射X射线反射测试结果进行理论拟合。该研究可为进一步开展NiC/Ti中子超镜的制作提供参考。     

靶丸X射线光学厚度的精密检测

为了精密检测靶丸X射线光学厚度均匀性,建立了基于精密轴系和光纤阵列探测的靶丸X射线光学厚度检测装置,开展了光学厚度轮廓仪光路精密调校技术的研究,应用白光共焦光谱技术和光学显微成像技术,解决了气浮转台精密调整、X射线光路对中的难题,实现了对塑料靶丸壳层缺陷、表面质量、壁厚均匀性、壳层材料成分均匀性等多种耦合扰动综合效应的表征。对系统的稳定性进行了测试,实验结果表明,该系统的测量重复性偏差可基本控制在0.01%以内,空间分辨率约为100μm,满足ICF靶物理研究对靶丸X射线光学厚度扰动的高精度检测需求。     

高性能光学制造

聚变点火、同步辐射、光刻机、深空探测、侦察预警等高端装备要实现一系列前所未有的极端性能,并朝着多样化和复杂化的方向发展。强光元件、同步辐射反射镜、掩膜版和光刻物镜、深空探测X射线反射镜等关键光学元件是这些系统实现聚焦、极高能量输出、极高峰值功率、极端尺寸光束聚焦和纳米尺度精确图案转印等极端性能的关键。要实现这些高端装备的极端性能,对核心关键元件的光学制造提出了高精度、低损伤、低应力、洁净制造和功构一体等要求,要求实现的是多物理参数约束下的高性能。元件的性能不仅由设计约束,更受到制造水平的制约,传统的以提升精度为目标的光学制造方法面临挑战,亟待实现从高精度制造到高性能制造的跃升。高性能光学制造是指面向极端性能高端制造装备发展对材料/结构特殊、高功率/高能辐照、低缺陷和洁净制造等关键光学元件的制造需求,以服役性能精准调控为目标,通过高性能光学制造装备、工具、检测和工艺等方面的技术创新,制造特殊材料/结构或者极高功能的元件,可作业于极端性能服役环境的制造。将近年来国内外围绕光学元件和超精密零件高性能光学制造的工作进行初步凝练,总结高性能光学制造典型元件的特点、光学制造要求和光学制造技术,尝试...     

大型X射线光学仪器:单层镜和多层镜的制造与表征

150~500 mm长度的各种X射线光学元件可用于光束导引,光束调整,以及单色化。本文介绍了两种不同的大型X射线反射镜。第一种为单层反射镜,这种反射镜以2°掠入射角在软X射线区(50~200 eV)起全反射镜作用,可用于自由电子激光器,如德国汉堡的FLASH。第二种是多层镜,由于它的布喇格反射特性,适于作为反射镜以0.4~1°的入射角用于硬X射线区(20~50 keV),如层析光束线的同步辐射存储环中。两种反射镜都用最新物理汽相淀积法制备,并用磁控溅射来实现X射线光学应用所需要的优良光学品质。这一淀积工艺使不同批次的镀膜稳定性良好,有利于实际反射镜在优质衬底上的最后淀积。单层镜和多层镜在它们的相关能量范围内都有很高的反射率,表面粗糙度也很低,且在整个光学波长区这些特性表现均匀。文中所叙相关研究都是借助X射线反射计量(XRR)法,透射电子显微镜(TEM)、光学轮廓仪(OP),以及原子力显微镜(AFM)完成的。     

X射线聚焦镜的超精密制造

X射线聚焦镜用于收集和汇聚宇宙中X射线辐射,是X射线天文卫星观测载荷的核心部件。本文采用镍基底电铸复制方法,在包括化学镀镍磷合金、模具超精密加工、模具镀膜、电铸镍基体以及脱模的全工艺链上进行了大量工艺探索和装备研发,并最终完成了X射线聚焦镜的批量超精密制造。实验结果表明,聚焦镜模具加工精度-表面粗糙度小于0.5 nm RMS,面形精度优于0.5μm,镜片角分辨率为33.5″HPD(能量半高宽),验证了工艺的可靠性和先进性。     

光学自由曲面的超精密加工技术及应用

光学自由曲面是指非对称性、不规则、不适合用统一的光学方程式来描述的光学曲面.自由曲面光学元件在光电产品及光通讯产品中的应用日益广泛.采用多轴超精密金刚石机床加工光学自由曲面,可达到亚微米级形状精度和纳米级表面粗糙的高精度水平.文章介绍了光学自由曲面的超精密加工技术及其在光电产品领域的应用,并开发适合几种典型光学自由曲面超精密加工的刀具轨迹自动生成软件.     

超精密加工技术的发展现状与趋势

在全球技术竞争日益激烈的今天,超精密加工作为机械制造业中极具竞争力的技术之一,目前已受到许多国家的关注.超精密加工技术是尖端技术产品发展不可缺少的关键手段,它不仅适于国防应用,而且可以大量应用于高端民用产品中,例如惯导仪表的关键部件、核聚变用的透镜与反射镜、大型天文望远镜透镜、大规模集成电路的基片、计算机磁盘基底及复印机磁鼓、现代光学仪器设备的非球面器件、高清晰液晶及背投显示产品等.     

超精密光学元件制造技术

<正>在科学和工程技术领域,超精密光学元件的制造技术正在成为关注的热点,其发展把超精密制造技术推进到传统机械制造不可企及的高度。对超精密光学元件尚无严格的定义,通常沿用机械制造的概念,将达到一定面型精度和表面粗糙度状态的     

21世纪的超精密加工技术

当前,电子材料和光学材料大都系高脆性材料,要把这些材料制作成功能零件,必须采用超精密磨削技术及利用此技术的生产系统。在工业界,通常把这类加工技术称作“新一代的生产加工技术”。随着光学元件的飞速发展,超精密磨削技术的作用更加突出。光技术对     

单通道和多通道毛细管光学元件－技术发展水平和应用

毛细管光学元件在X射线分析中的应用已有20多年的历史,在这段时间里,毛细管光学元件的制作技术发生了很大的变化。上世纪90年代初,使用的是组装的毛细管光学元件,目前,集成的多通道毛细管光学元件已广泛地应用于市场销售的X射线分析设备中。这些元件的毛细管直径在微米量级,其光学性质可以根据几何光学的光线追迹计算进行描述。最近,由于多通道毛细管制作技术的改进,已成功制成了200 nm及以下通道尺寸的毛细管光学元件。在这样小的通道尺寸下,观察到了X射线辐射的波动效应。最后文章介绍了毛细管光学元件在X射线微荧光分析和微衍射方面的应用。     

单晶硅反射镜的超精密磨削工艺

为了实现单晶硅反射镜高效低损伤的超精密加工,研究了基于工件旋转法磨削原理的单晶硅反射镜超精密磨削工艺。通过形貌检测和成份测试的方法分析了该工艺采用的超细粒度金刚石砂轮的组织结构特征,并对单晶硅进行了超精密磨削试验,研究了超细粒度金刚石砂轮的磨削性能。通过砂轮主轴角度与工件面形之间的数学关系实现对磨削工件面形的控制。最后,采用超细粒度金刚石砂轮对Φ100mm×5mm的单晶硅反射镜进行了超精密磨削试验验证。试验结果表明,超细粒度金刚石砂轮磨削后的单晶硅表面粗糙度Ra值小于10nm,亚表面损伤深度小于100nm,磨削后的单晶硅反射镜面形PV值从初始的8.1μm减小到1.5μm。由此说明采用该工艺磨削单晶硅反射镜能够高效地获得低损伤表面和高精度面形。