倾斜表面的纳秒激光抛光研究

考察倾斜表面纳秒激光抛光后的表面形貌演化规律及表面倾斜程度对抛光效果的影响规律，可以为增材制造中的自由曲面激光抛光提供参考。采用纳秒激光对不垂直于光轴的粗糙平面进行激光抛光，并采用激光共聚焦显微镜对激光抛光后的表面形貌进行测试分析。结果表明：表面倾斜30°时，抛光后的表面在距离起始点4 mm附近存在表面轮廓波动异常增大的现象，表面粗糙度值增大到15.80μm；倾斜角度增大到45°时，表面轮廓波动异常增大的位置变化到2 mm附近；倾斜角度为60°时，未发生表面轮廓波动异常增大现象。表面轮廓波动异常增大现象反映了激光抛光从过熔型抛光到浅熔型抛光的过渡过程；自由曲面的激光抛光工艺需要根据抛光区域的倾斜程度和表面粗糙度选定合适激光功率密度和离焦量，从而实现良好的激光抛光质量。     

大型非球面反射镜的柔性光学制造技术

提出了柔性光学制造技术 (FOMT)的概念。介绍了计算机控制小工具抛光 (CCOS)和计算机控制应力盘(CCSL)抛光的技术特点 ;讨论了CCOS在抛光过程中的工艺技术优化方案 ;给出了应力盘变形的数学物理模型及在周边 12个驱动器的作用下应力盘全口径和 80 %口径范围内的变形仿真结果 ;研究了在全口径 φ5 0 0mm盘上的工程实现途径及应力盘与机床CNC的通讯关系以及抛光工艺研究 ;分析了CCOS、应力盘抛光和经典法抛光技术的综合运用 ;探讨了柔性光学制造技术发展的必然趋势。     

内渐进多焦点镜片的加工

介绍了加工内渐进多焦点镜片的自由曲面数控机床的基本结构及工作原理,开展了机床的加工工艺实验,用以改善内渐进多焦点镜片的光学性能。实验结果表明,车削阶段影响表面粗糙度的两个主要因素是镜片材料和切削速度;得到了抛光效果良好的两个抛光参数:抛光时间是50s—100s,抛光气压是0.03 MPa—0.06 MPa;不同材料的镜片车削后表面粗糙度不同,抛光后表面粗糙度基本相同。     

平面和曲面光学零件气囊抛光材料去除的比较研究

气囊数控抛光是近年来一种新兴的先进光学制造技术,采用柔性的气囊作为抛光工具并以进动的方式进行加工。首先简要阐述了气囊抛光的抛光原理,然后针对平面和曲面光学零件,在自行研制的气囊抛光实验样机上进行了抛光实验。被抛光光学元件的材料去除是在抛光区内实现的。研究了进动角、气囊压缩量、气囊内部压力、气囊转速、抛光时间以及工件的曲率半径几种重要的工艺参数对平面工件和球面工件抛光接触区大小和形状影响情况的异同。在此基础上,总结了气囊抛光材料去除的影响规律。给出了几种重要工艺参数在平面工件和球面工件上取值范围。     

基于驻留时间补偿的抛光误差控制方法

 针对计算机控制光学表面成形中光学表面存在中高频误差的问题,提出了一种基于驻留时间补偿的有效控制方法。分析了抛光误差的形成机理和影响因素,对系统的误差影响因素进行分类和定量描述,构建了抛光过程中磨损影响因子、浓度变化影响因子和系统影响因子。基于各影响因素的影响因子对抛光驻留时间的求解函数进行了修正,提出采用离散最小二乘法对修正的函数求解驻留时间。研究表明：这种补偿方法能提高计算机控制光学表面成形技术中加工模型的精度,减小光学表面的残余误差。     

LED路灯的自由曲面二次透镜设计

配光是LED路灯应用的主要技术问题之一。道路照明要求LED路灯在路面为均匀性良好的矩形光斑,在道路外无污染,无眩光。采用Snell定律和光源扩展度守恒原理确定自由曲面的解析方程,借助Matlab工具,采用差分法求解建立的偏微分方程,得到自由曲面的数据组,用作图软件Pro/Engineer为自由曲面透镜建模,通过计算机仿真软件TracePro进行光路仿真检验设计结果,并对所得结果进行分析。设计一款内表面为椭球面,外表面为自由曲面的LED路灯透镜,实现了路面光照总均匀度0.75,纵向均匀度0.85的效果。     

碳化硅表面硅改性层的磁介质辅助抛光

为了实现碳化硅表面硅改性层的精密抛光,获得高质量光学表面,对磁介质辅助抛光技术进行研究。设计了适合碳化硅表面硅改性层抛光的磁介质辅助抛光工具,并对抛光工具的材料去除函数进行研究。针对材料去除函数的特性,对数控磁介质辅助抛光的驻留时间算法进行了研究。采用磁介质辅助抛光技术对碳化硅表面硅改性层平面样片进行了抛光实验。经过一次抛光迭代,碳化硅样片表面硅改性层的面形精度(均方根)由0.049λ收敛到0.015λ（λ=0.6328 μm）,表面粗糙度从2 nm改善至0.64 nm。实验结果表明基于矩阵代数的驻留时间算法有效,磁介质辅助抛光适合碳化硅表面硅改性层加工。     

用主动应力抛光模进行研磨和抛光

推荐一种抛光强光非球面光学零件的方法,当抛光模在刚性的反射镜毛坯表面移动时,该抛光模的形状在计算机控制下作连续变化。通过采用边缘弯曲杆和螺钉调节器的拉紧件,使圆形抛光模中的曲率半径,象散和彗差作所要求的改变。     

计算机控制光学表面抛光的磨头运动方式和参数的优化研究

对影响计算机数控抛光表面误差收敛速度的主要因素———磨头工作函数进行了详细的讨论。提出了以趋近因子作为评价磨头参数优化的参量。对目前流行的行星式磨头和平转动磨头分别作优化,给出了最佳参数组合,为提高计算机控制抛光的效率提供了理论依据。     

自由曲面光学元件待加工区域标记方法

提出了一种使用三坐标测量机(CMM)对自由曲面光学元件表面待加工区域进行标记的方法。针对自由曲面光学元件外形特征设计工件坐标系,规划工件坐标系定位点,通过坐标变换将待加工区域的像素坐标转换为对应的自由曲面工件坐标系的标记点位置坐标,将待加工区域的感兴趣点三维坐标导入CMM,使用CMM对工件坐标系下标记点位置自动探测,实现待加工区域的标记,提高了检测效率也避免人为标记定位误差。     

基于超精密机床的光学自由曲面原位测量方法

原位测量是提高光学自由曲面面形精度的重要手段,对于提高加工效率、实现加工过程自动化具有重要意义。由于面形的复杂性,光学自由曲面原位测量一直是超精密测量领域的难题。提出了一种基于超精密机床的光学自由曲面原位测量方法,测量系统由LVDT气浮式传感器、红宝石探针和数据采集部件组成,采用螺旋线方式进行加工及测量路径的设计,通过运动控制接口实现机床坐标和测量数据的实时同步采集,快速精确地获取测量数据。实验结果表明,所加工的双正弦自由曲面的面形误差在±0.5μm范围内。     

非球面光学元件的面形检测技术

介绍了非球面各加工阶段的面形检测技术及其最新进展,重点介绍了非球面精密抛光期的面形检测技术,并对其中的非零位子孔径拼接干涉检测法和部分补偿法进行了详细阐述,提出了适用于大口径、深度非球面面形检测的组合干涉法的概念。概述了近年来受到关注的自由曲面非球面的发展和检测技术现状,展望了非球面检测技术的发展趋势。     

中小口径双非球面数控抛光技术研究

针对口径Φ62 mm双凸非球面透镜,进行了数控研磨和抛光技术研究.提出了规范性的加工工艺流程,实现了中小口径双非球面元件的高效、快速抛光.根据计算机控制光学表面成型技术,采用全口径抛光和小抛头修抛的两步抛光法,在抛光中对其面形误差进行多次反馈补偿,使被加工零件表面的面形精度逐步收敛.最终两面的面形精度均小于0.5 μm,中心偏差小于0.01 mm,满足了光学系统中对非球面元件的精度要求,并且在保证有较高面形精度和较好表面光洁度的同时,解决了双非球面中心偏差和中心厚度难以控制的加工技术难题.     

气囊式工具抛光新技术

介绍了一种新型的光学加工技术———气囊式抛光。气囊为球形的柔性膜,外表面粘贴抛光模,内部充入低压气体。气囊具有可独立的控制变量:内部的压力、抛光接触区、进动运动、旋转速度。以IRP 200型为例,介绍气囊抛光的原理及其实用效果。研究和试验表明:气囊式抛光是一种实用、经济的高精度非球面抛光技术,有可能成为光学冷加工发展的一个主要方向。     

All polymer asymmetric Mach-Zehnder interferometer waveguide sensor by imprinting bonding and laser polishing

We present an all polymer asymmetric Mach–Zehnder interferometer(AMZI) waveguide sensor based on imprinting bonding and laser polishing method. The fabrication methods are compatible with high accuracy waveguide sensing structure. The rectangle waveguide structure of this sensor has three sensing surfaces contacting the test media, and its sensing accuracy can be increased 5 times compared with that of one surface sensing structure. An AMZI device structure is designed. The single mode condition, the length of the sensing arm, and the length deviation between the sensing arm and the reference arm are optimized. The length deviation is optimized to be 19.8 μm in a refractive index range between1.470 and 1.545. We fabricate the AMZI waveguide by lithography and wet etching method. The imprinting bonding and laser polishing method is proposed and investigated. The insertion loss is between-80.36 dB and-10.63 dB. The average and linear sensitivity are 768.1 d B/RIU and 548.95 dB/RIU, respectively. And the average and linear detection resolution of the sensor are 1.30×10~(-6) RIU(RIU: refractive index unit) and 1.82×10~(-5) RIU, respectively. This sensor has a fast and cost-effective fabrication process which can be used in the cases of requiring portability and disposability.     

Effect of surface preparation technique on the radiation detector performance of CdZnTe

Synthetic CdZnTe (CZT) semiconducting crystals are highly suitable for the room temperature-based detection of gamma radiation. The surface preparation of Au contacts on surfaces of CZT detectors is typically conducted after (1) polishing to remove artifacts from crystal sectioning and (2) chemical etching, which removes residual mechanical surface damage however etching results in a Te rich surface layer that is prone to oxidize. Our studies show that CZT surfaces that are only polished (as opposed to polished and etched) can be contacted with Au and will yield lower surface currents. Due to their decreased dark currents, these as-polished surfaces can be used in the fabrication of gamma detectors exhibiting a higher performance than polished and etched surfaces with relatively less peak tailing and greater energy resolution.     

绿色环保化学机械抛光液的研究进展

原子级加工制造是实现半导体晶圆原子尺度超光滑表面的有效途径.作为大尺寸高精密功能材料的原子级表面制造的重要加工手段之一,化学机械抛光(chemical mechanical polishing,CMP)凭借化学腐蚀和机械磨削的耦合协同作用,成为实现先进材料或器件超光滑无损伤表面平坦化加工的关键技术,在航空、航天、微电子等众多领域得到了广泛应用.然而,为了实现原子层级超滑表面的制备,CMP工艺中常采用的化学腐蚀和机械磨削方法需要使用具有强烈腐蚀性和高毒性的危险化学品,对生态系统产生了不可逆转的危害.因此,本文以绿色环保高性能抛光液作为对象,对加工原子量级表面所采用的化学添加剂进行分类总结,详尽分析在CMP过程中化学添加剂对材料表面性质调制的作用机理,为在原子级尺度下改善表面性质提供可参考的依据.最后,提出了CMP抛光液在原子级加工研究中面临的挑战,并对未来抛光液发展方向作出了展望,这对原子尺度表面精度的进一步提升具有深远的现实意义.     

高精度非回转对称非球面加工方法研究

本文提出一种高精度非回转对称非球面加工方法。首先,通过范成法铣磨出非回转对称非球面的最佳拟合球;然后,利用古典抛光修正小磨头确定抛光难以修正的中频误差;最后,利用高精度气囊抛光设备(IRP)精确对位精修面形,在不引入额外中频误差条件下,通过高精度对位检测技术实现非回转对称非球面高精度加工。将该方法应用于定点曲率半径为970.737 mm、k=-1、口径为106 mm三次非球面加工,降低了加工难度,提高了加工精度,面形误差收敛到1/30λ(RMS)。实验结果验证了本文加工方法的正确性和可行性,对高精度非回转对称非球面加工具有一定的指导意义。     

大口径平面光学元件超精密加工技术的研究

为了解决激光核聚变装置中大口径平面光学元件的批量制造难题,将先进制造技术和传统抛光技术相结合,提出了一种新的工艺方法,即使用ELID(在线电解)磨削代替传统的铣磨和初抛工序,以提高生产效率。利用数控抛光将工件抛光至最终的面形精度,以提高生产效率和减少边缘效应。将连续抛光作为最终加工工序,使加工工件的表面粗糙度和波纹度达到工程要求。实验证明这一新的工艺方法是可行的。     

Free-form lens design for wide-angle imaging with an equidistance projection scheme

An algorithm of free-form lens design is presented that can realize wide-angle imaging in conjunction with conventional imaging devices. The wide-angle image obtained through the free-form lens and the camera is not affected by distortions. The formula for the free-form lens surfaces is derived. The surface profile of the free-form lens can be generated through solving a differential equation expressing the camera-viewing angle as a function of the angle of incidence on the free-form lens surface. The surfaces preserve a linear relationship between the angle of incidence of light onto the surface and the angle of refraction into the imaging device.