关于光学制图法的国际标准概要

本文叙述了光学制图法的最新国际标准。包括光学零件的基本绘图方法以及光学材料的缺陷允差、球面面形误差、零件的中心偏差、球面疵病允差、表面粗糙度、表面处理和镀层等的表示方法。     

球面光学零件气囊抛光工艺参数优化的研究

针对球面光学零件,采用气囊抛光方法对其进行加工,以正交实验为实验方法,以球面光学零件材料去除率和表面粗糙度为目标,研究了5个主要影响因素(气囊压缩量、气囊转速、内部压力、抛光液浓度和工件曲率半径)对材料去除率和表面粗糙度的影响程度,并根据实验结果优选工艺参数,找出影响材料去除率和表面粗糙度的工艺参数优化组合。以去除率和表面粗糙度为目标工艺参数,在优选后的结果指导下,根据优选后的工艺参数,以控制表面粗糙度为目标,采用离散进动方式抛光球面光学零件,可获得超精密的光滑表面。     

弹性发射光学制造技术研究进展

深紫外光刻、极紫外光刻和先进光源等现代光学工程需求牵引先进光学制造技术持续发展,要求超光滑光学元件表面粗糙度达到原子级水平以及表面全频段面形误差达到RMS(Root Mean Square)亚纳米量级甚至几十皮米,推动超光滑光学元件制造要求不断逼近物理极限。目前,对于如何实现上述超高精度要求的超光滑加工技术及装备仍然存在技术挑战。尤其对如何实现柱面,椭球面,超环面等复杂曲面的原子量级超光滑加工仍是国内外前沿研究方向。弹性发射加工技术是一种去除函数稳定,超低亚表面缺陷,面向原子级的超光滑加工方法,可以作为加工上述精度要求光学元件的手段。本文总结了弹性发射加工技术的国内外研究现状及最新进展,归纳了弹性发射加工技术的原理,包含流体特性、抛光颗粒运动特性和化学特性,弹性发射加工装备,影响弹性发射加工技术表面粗糙度提升和材料去除效率的因素,分析了弹性发射加工技术面临的问题,展望了未来的发展方向,期望为弹性发射加工技术进一步发展和应用提供一定的参考。     

KDP晶体单点金刚石切削表面粗糙度预测及实验研究

采用单点金刚石切削的方法加工了KDP晶体,利用回归分析的方法建立了表面粗糙度预测模型,达到了在加工前设计、预测和控制表面粗糙度的目的。利用预测模型分析了进给量、切削速度、背吃刀量对表面粗糙度的影响。通过优化设计获得了KDP晶体在该条件下的最佳切削参数,得到的表面粗糙度的最佳估计值为6.3389nm。利用最佳的切削工艺参数,加工出了表面粗糙度值为6.895nm的超光滑表面。     

轨迹成型法加工光学零件磨床中的微进给电控装置的研究

本文提出了一种在轨迹成型法加工光学零件磨床上实现脆性材料超精密磨削的微进给电控装置。试验表明,在轨迹成型法加工光学零件磨床上应用本装置对光学透镜进行磨削后,工件表面粗糙度可达Ｒａ＝０．０２μｍ,能够达到光学零件精磨的粗糙度要求。     

超光滑表面加工方法的新进展

通过回顾超光滑表面加工技术的发展历程,对多种具有代表性的超光滑表面加工方法的原理和应用作了简单阐述,并重点提出和介绍了一种大气等离子体抛光方法。该方法实现了利用常压等离子体激发化学反应来完成超光滑表面的无损伤抛光加工,并首次引入电容耦合式炬型等离子体源,为高质量光学表面的加工提供了一条新的途径。试验结果表明,在针对单晶硅的加工过程中实现了1μm/min的加工速率和Ra 0.6nm的表面粗糙度。     

气囊抛光工艺参数的正交实验分析

针对平面光学零件,以抛光去除率和表面粗糙度为考核指标,应用正交试验法分析了气囊抛光过程中的主要工艺参数,包括抛光工具气囊的压缩量、气囊转速、气囊内部充气压力、抛光液的浓度对抛光去除效率和表面粗糙度的影响规律。结合气囊抛光的抛光机理对其进行了分析,根据实验结果对工艺参数进行了优化,并进行了综合参数的气囊抛光加工实验,获得了超精密光滑的表面。     

用立体电子显微术测量超光滑表面粗糙度

本文介绍一种用立体电子显微术测量超光滑表面粗糙度的方法,并进行了实验。对其理论依据、误差、复制品的复制,以及整个测量过程都作了详细分析说和明。在前言中,对目前采用的各种测量超光滑表面的方法可达到的精度进行了简单的对比,指出了此方法的垂直和横向分辨力可达到10A左右。     

国外光学表面疵病标准综述

<正> 光学零件表面疵病标准是光学零件生产的一项基础标准,我国“光学零件表面疵病标准”(GB1185—74)采用目视主观评定检验方法,在生产实践中常常发生争议,其原因大致有: 1.对疵病尺寸的主观估计误差,引起对表面疵病等级评定的争论; 2.标准中规定不够明确,易产生似是而非的理解。     

用AIM-65微型机控制光学零件表面疵病检查仪

<正> 引言光学零件表面疵病检查仪是用来定量检测光学零件表面疵病的仪器(以下简称疵病检查仪)。它的工作原理是将He-Ne激光器发出的光束经扩束和聚焦,使光束焦点落在被测透镜表面上,聚焦光点由透镜中心向边缘作螺旋扫描。当光点遇到划痕或斑点时产生脉冲信号,累计脉冲的宽度就可实现对表面疵病的自动检测。从已收集到的资料,我们知道国外的同类仪器和国内正在研制的仪器其电气控制部分均是     

Ultra-smooth polishing of high-precision optical surface

A new method of ultra-smooth uniform polishing was presented, which can avoid high-precision surface figure getting worse after ultra-smooth polishing. At first, the fundamental and process were introduced. Then the process was simulated with “Gauss” and “V” type removal function. It shows that there will be no significant influence on optical surface figure after ultra-smooth uniform polishing with any type removal function. To demonstrate the process, a high-precision Ø100 mm fused silica flat optical element was polished, which was prior figured by IBF. Its surface figure accuracy root-mean-square (rms) value is improved from initial 3.624 nm to final 3.393 nm, the mid-spatial frequency surface roughness rms value is improved from initial 0.477 nm to final 0.309 nm, and the high-spatial frequency surface roughness rms value is improved from initial 0.167 nm to final 0.0802 nm. At last, the surface quality of the lens was analyzed by power spectral density (PSD). The result indicates that the surface roughness of high-precision optical element could be improved by ultra-smooth uniform polishing method without the surface figure destroyed.     

微楔形镜加工技术研究

微楔形镜的加工不能像平行平面元件那样,采用大块抛光,切片分割的办法。针对零件尺寸小、精度要求高的特点,研究了加工过程中的粘结上盘、面形精度控制和楔形角检测等技术,设计了吸附式粘结上盘和楔形角测量等专用装置,应用于尺寸为3×3×1mm(6°)的Nd∶YVO4(掺钕钒酸钇)晶体批量生产中,提高了零件的面形精度和加工可靠性。测试结果表明:面形精度优于λ/10(λ=632.8nm),表面光洁度达0/0级,楔形角合格率达98%以上。     

离子束作用下的光学表面粗糙度演变研究

 为了获得超光滑光学表面,介绍了离子束作用下改善表面粗糙度的抛光方法,并通过相关的实验进行了验证。光学材料是典型的硬脆材料,在加工过程中的表面粗糙度要经历复杂的演变过程。离子束加工作为光学镜面加工中的最后一道工序,如果在修正面形的同时,能够有效地改善表面粗糙度,那么离子束加工的性能就可以得到更好的延伸。分析了离子束作用下的粗糙度演变机理,在此基础上提出了倾斜入射抛光和牺牲层抛光技术2种改善表面粗糙度的方法,并使用原子力显微镜进行了测量。实验结果表明：以45°倾斜入射抛光熔石英样件,其粗糙度由初始的0.67nm RMS减小到0.38nm RMS;涂上牺牲层的材料表面粗糙度由0.81nm RMS减小到0.28nm RMS,倾斜入射抛光和牺牲层抛光技术能够有效地改善表面粗糙度。     

等光程干涉仪中参考镜楔角最优补偿方式研究北大核心CSCD

在测量多表面平行样品时,多面干涉会影响测量结果。为了能改善多面干涉问题,介绍了等光程干涉仪,并研究了参考镜楔角的最佳补偿方式。在等光程干涉仪中,由于参考镜和分光镜的楔角和倾角的存在,测量结果中会带有回程误差。根据参考镜楔角的不同情况采用了不同的补偿,理论分析并确定了各种补偿的放置方式和补偿量,同时研究了倾角和楔角的大小对于要被遮拦光束高度和像方数值孔径NA的影响。再利用Zemax进行不同补偿方式下的干涉仪仿真,并根据仿真得到的干涉图PV值分析回程误差的大小。分析表明:选用最佳补偿方式,参考镜楔角为1′,回程误差优于0.003个波长。     

超光滑加工的后置处理算法研究

为了精确控制超光滑加工过程中磨头的运动轨迹,从而实现光学元件材料去除的均匀稳定,研究了超光滑加工的后置处理算法。分析了超光滑加工工艺的特点和相应的超光滑机床的机械结构,建立了机床的坐标系统,构造了机床的运动学模型。对于光学元件母线为任意平面曲线的情况,研究了磨头运动轨迹的等误差直线逼近算法。在曲率半径为290mm,相对口径为1∶2.9的凹球面上进行了超光滑加工实验。结果表明,利用所述算法可以精确地控制磨头的运动轨迹,从而保证材料去除的稳定性。     

超光滑加工技术中光学元件表面材料的均匀去除

超光滑加工通常是在保证光学元件面型精度不劣化前提下提升其中高频精度.均匀去除是保证超光滑加工过程中光学元件面型精度不劣化的重要途径.本文以四轴三联动小磨头超光滑加工机床为基础,结合Preston假设,研究了四轴三联动超光滑加工机床对光学元件的材料去除特性,发现当机床取某些特定的参量时,通过等值的驻留时间规划即可实现光学元件表面材料的均匀去除.最后,对这些特定的参量进行了对比实验.实验结果验证了理论分析的正确性.     

冲击波实验用铝楔形靶加工技术

采用单点金刚石车削技术制备加工铝楔形靶,发现金刚石车削加工楔形靶实际轮廓为圆锥面。通过Veeco NT1100白光干涉仪对表面轮廓及粗糙度进行了测量,结果表明平面部分表面粗糙度小于50 nm,最大峰谷值小于100 nm,斜面部分表面粗糙度小于200 nm。分析认为斜面部分粗糙度测量数值较大是由刀具工作角度变化导致的,而测量轮廓线非圆锥体母线又导致粗糙度测量结果大于实际值。     

红外目标仿真光学机构

论述了目标仿真机构的用途、仿真的光学原理以及实现原理的光学系统。对其中的两个光学问题的研究作了详细地论述 ,即干扰光路 2倍于目标光路的视场角以及如何由摆镜的摆动实现。由于析光镜与光轴成 45°角 ,使像点在子午方向被拉长约为弧矢方向的 10倍。为了减少子午像差 ,将两块析光镜作成略带楔角的楔形镜。结果表明 ,由于该机构的尾焰、尾喷管用的是同一条光路 ,所以使结构大为简化 ,这对降低转动惯量非常有利 ;由于有干扰弹仿真 ,使机构的功能得到了扩大     

阻抗劈绕射对破碎波后向散射特性的影响

海浪的破碎区会导致海面电磁散射特性发生很大改变,导致海尖峰现象的产生.本文结合阻抗劈结构模型分析了劈绕射对破碎波后向散射特性的影响.首先利用基尔霍夫近似求解破碎波的物理光学场;基于Maliuzhinets方法,从波动方程及精确阻抗边界条件出发,由谱函数的积分形式得到阻抗劈的一致性绕射系数,结合物理光学绕射系数导出阻抗劈等效边缘电磁流;利用边缘绕射场修正物理光学场,得到考虑劈绕射效应的破碎波散射总场.数值结果表明,阻抗劈的绕射场在Keller锥内出现HH极化大于VV极化的现象,因此计入绕射场的影响会使得破碎波生长到临近坍塌阶段时,小擦地角逆风观测出现总场的后向散射截面HH极化大于VV极化的现象,说明劈绕射是造成海尖峰现象产生的原因之一.     

声光可调谐滤波器(AOTF)消色散设计

介绍了非共线声光可调谐滤波器的构成及基本原理,计算了非共线声光可调谐滤波器衍射出的±1级衍射偏振光的偏转角,采用在光路中添加光楔的方法补偿非共线声光可调谐滤波器晶体色散引起的图像漂移.分析结果表明使用TeO_2材料设计的光楔在楔角为7.6°的时候可以控制图像漂移在一个像元以内,并在400～900 nm的工作波段范围内满足稳定成像的要求.