浮法抛光超光滑表面加工技术

浮法抛光技术首先出现于日本，是加工超光滑表面的先进技术之一。本文详细介绍用浮法抛光加工超光滑表面的机械结构和加工过程，与传统的沥青抛光方法进行了比较，并分析了材料去除机理。最后简单介绍我国研究浮法抛光技术的进展。     

浮法抛光亚纳米级光滑表面

本文是对现阶段进行的超光滑表面浮光抛光研究的简要总结，介绍了浮法抛光原理样机的基本结构，以及实现亚纳米浮法抛光的主要条件，并给出了亚纳米级光滑表面的检测结果。     

超光滑表面及其制造技术的发展

超光滑表面制造技术是超精密加工技术的一个重要分支。通过介绍超光滑表面的特征、应用及其制造技术的发展,希望给出超光滑表面技术的整体轮廓。在介绍超光滑表面的概念及其主要特征的基础上,通过典型例证指出了超光滑表面的软X射线光学、激光陀螺等科技领域的重要应用。回顾了超光滑表面制造技术的发展过程,对各种超光滑表面加工原理与方法进行了简单描述与评价。最后提出了对超光滑表面制造技术的发趋势的观点。     

无损伤超光滑LBO晶体表面抛光方法研究

传统的抛光LBO晶体的方法是选用金刚石抛光粉在沥青抛光盘上抛光。沥青盘易于变形不容易修整,金刚石粉特别硬容易损伤抛光晶体表面。抛光过程中,抛光盘和抛光粉的选择是非常重要的,直接影响到抛光效率和最终的表面质量。新的抛光LBO晶体的方法,其抛光过程是一个化学机械过程,抛光盘、抛光粉和抛光材料相互作用。选用两种抛光盘(培纶和聚氨酯盘),三种较软的抛光磨料(CeO2,Al2O3和SiO2胶体),并在LBO晶体的(001)面进行抛光实验。用原子力显微镜测量和分析了表面粗糙度。结果表明,使用聚氨酯盘和SiO2胶体能够获得无损伤超光滑的LBO晶体表面,其表面粗糙度的RMS为0.3nm。     

控制力精密抛光装置的设计与实验研究

本文设计并研制了一套可控制抛光作用力的精密抛光装置,该装置具有抛光作用力微调功能及显示功能。用该装置对Ｚｅｒｏｄｕｒ陶瓷玻璃进行控制力抛光实验,稳定地获得了具有纳米级及亚纳米级表面粗糙度的超光滑表面,将该装置与机械化学抛光方法结合使用,可高效地加工出表面无损伤的超光滑基片。     

超光滑光学表面粗糙度的测定

讨论了如何确定及消除光学轮廓仪的系统误差,进而测定超光滑光学表面粗糙度的方法及结果。在Ｚｙｇｏ Ｍａｘｉｍ ３Ｄ５７００ 表面轮廓仪上使用２－５ ×和２０ ×Ｍｉｒａｕ 物镜测量ｒｍｓ 在０－３ｎｍ 左右的超光滑硅片,通过对每个取样区域数据１６ 次相位平均,再对多个取样区域高度数据平均,消除了仪器的系统误差,使超光滑光学表面粗糙度得到精确测量。并使用其它光学轮廓仪对样品做了验证测量。作为比较,在同样条件下测量了０－８ｎｍ 左右的光滑硅片。     

超光滑基片等离子体表面处理研究

通过对射频功率、反应室压强和处理时间等参量进行实验,系统研究了等离子体处理对基片表面状态的影响.结果表明,等离子体处理可以溅射去除加工变质层,降低表面粗糙度,提高基片表面洁净度和表面能.优化后的参量证实,经等离子处理的基片比未经等离子体处理的基片镀膜后损耗平均降低34.2 ppm,并且显示出良好的一致性.     

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。     

超光滑基片表面散射的数值研究

以一阶微分散射理论为基础,从理论和模拟两个方面对超光滑基片表面的散射电磁场进行了数值研究.分析了s偏振光和p偏振光的微分散射随入射角和散射角的分布情况.研究发现,当入射角较大时,p偏振光在某个散射方向的微分散射为0,而无论入射角和散射角如何变化,s偏振光的微分散射均大于0.当用光散射法对超光滑基片进行表面测试时,相对于...     

一种检测超光滑表面粗糙度方法的初步研究

本文依据软Ｘ射线标量散射理论，给出了一种用软Ｘ射线全积分散射检测超光滑表面粗糙度ＲＭＳ值的方法，并设计和建立了测试装置，得到了新的测量结果     

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。     

基于压力补偿原理的抛光面形快速收敛技术

为解决强激光系统中大口径光学元件抛光面形精度收敛困难的问题,提出了一种基于压力补偿原理的抛光面形快速收敛技术。利用独特的抛光垫修整技术,将抛光垫表面修整成特定形状,使工件与抛光垫的接触面产生不均匀的压力分布,并结合精确的抛光转速控制,以加快工件面形精度的收敛速度。实验结果表明,将抛光垫修整成微凸面形,可以有效避免抛光中元件过早塌边问题,能将大口径平面元件的初抛时间从数天缩短到6 h以内,元件面形精度提高到1个波长左右。     

基于压力补偿原理的抛光面形快速收敛技术

 为解决强激光系统中大口径光学元件抛光面形精度收敛困难的问题,提出了一种基于压力补偿原理的抛光面形快速收敛技术。利用独特的抛光垫修整技术,将抛光垫表面修整成特定形状,使工件与抛光垫的接触面产生不均匀的压力分布,并结合精确的抛光转速控制,以加快工件面形精度的收敛速度。实验结果表明,将抛光垫修整成微凸面形,可以有效避免抛光中元件过早塌边问题,能将大口径平面元件的初抛时间从数天缩短到6 h以内,元件面形精度提高到1个波长左右。     

抛光垫磨损非均匀性研究

抛光垫是化学机械抛光的重要组成部分,其磨损的非均匀性对被加工工件面型精度和抛光垫修整有重要影响。基于直线摆动式抛光方式,研究了抛光过程中抛光垫与工件的相对运动,建立了抛光垫磨损模型,分析了抛光工艺参数对抛光垫磨损及均匀性的影响。研究结果表明,工件与抛光垫的转速比为1.11,正弦偏心直线摆动形式,摆动幅度系数为2,摆动频率系数在0.1~0.2之间,抛光垫表面磨损更均匀,并根据抛光垫表面磨损特性优化了抛光垫形状。优化的抛光垫具有更好的面型保持性,延长了修整间隔,为抛光工艺设计提供理论指导。     

大口径激光玻璃环抛光学沥青抛光胶

研制了四种不同沥青和松香含量的光学沥青抛光胶,对其形貌、针入度、玻璃化转变温度、软化点和粘度等参量进行了表征。从组成和结构分析了抛光胶三种物理状态变化原因,将玻璃化转变温度和软化点作为其临界转变温度。实验研究了四种抛光胶对大口径激光玻璃的抛光效果,发现抛光胶中沥青和松香的质量分数分别为30%和70%时,抛光效果比较理想,在像散和表面疵病控制方面能够满足要求,可作为大口径激光玻璃抛光专用胶。     

光学面形的轮带光学抛光方法研究

鉴于光学零件高陡度凹曲面的抛光是光学加工的一个难题,轮带光学确定性抛光方法是解决此类零件抛光的有效方法之一;提出轮带光学抛光技术的原理和方法。研究了轮带光学抛光方法修形的可行性,采用五轴精密数控机床系统对一块直径Ф80 mm的K9玻璃平面样镜进行了修形试验,经过3次迭代修形使其面形精度均方根误差（RMS）由初始的0.109 提高到0.028 ,平均每次收敛率达到1.3。实验结果表明,应用轮带光学抛光技术进行光学镜面修形,面形收敛速度较快,加工精度较高。本实验验证了轮带光学抛光技术的修形能力,为高陡度光学零件的抛光提供了研究基础。     

光学面形的轮带光学抛光方法研究

鉴于光学零件高陡度凹曲面的抛光是光学加工的一个难题,轮带光学确定性抛光方法是解决此类零件抛光的有效方法之一;提出轮带光学抛光技术的原理和方法。研究了轮带光学抛光方法修形的可行性,采用五轴精密数控机床系统对一块直径Ф80 mm的K9玻璃平面样镜进行了修形试验,经过3次迭代修形使其面形精度均方根误差(RMS)由初始的0109 λ提高到0028 λ,平均每次收敛率达到13。实验结果表明,应用轮带光学抛光技术进行光学镜面修形,面形收敛速度较快,加工精度较高。本实验验证了轮带光学抛光技术的修形能力,为高陡度光学零件的抛光提供了研究基础。     

非球面超光滑加工磨头控制技术研究

为了避免在超光滑加工过程中破坏光学元件的原有面形,同时保证整个表面粗糙度的均匀一致,研究了超光滑加工过程中的磨头控制技术.首先分析了超光滑加工机床的结构形式及超光滑加工工艺特点;然后研究了非球面母线的双圆弧拟合算法以及磨头进给速度的控制方法;最后将所研究的磨头运动控制算法应用于超光滑加工控制软件.以顶点曲率半径为300...     

铝合金表面的直接光学抛光实验

单点金刚石车削铝合金表面具有较好的表面质量和精度,但车削纹路会产生散射现象,难以满足高品质光学系统要求。对铝合金表面进行直接光学抛光可以去掉表面产生的车削纹路,提高反射表面的光学性能,分析酸性条件下和碱性条件下的铝镜抛光原理,采用新型抛光盘与抛光液对单点金刚石车削后铝合金表面进行抛光实验。实验结果表明:通过合理控制工艺参数,能够消除铝合金表面残留的周期性车削刀纹,并且不会产生新的表面划痕,得到较好的铝镜光学表面质量,测得的铝镜表面粗糙度Ra=2.6 nm。