光学零件超精密加工机理及新技术

本文较全面阐述了光学零件超精密加工机理及新技术,反映了国外最新技术进展与水平。     

光学零件镜面磨削加工技术

本文主要阐述了光学零件镜面磨削加工的机床、超微粒金刚石砂轮及其修整技术。     

弹性薄片零件精密加工技术

生产中遇到许多易变形弹性薄片零件，如常见的垫圈、摩擦片、特别的碟性弹簧，薄板、飞片等，它们刚性差、散热困难、装夹时易引起装夹变形，加工时会出现翘曲，严重影响零件的加工精度。对这类零件的精密加工技术进行研究，对减少工件的热处理变形及装夹变形，减少变形工作对零件最终形成精度的影响，从而保证弹性薄片类零件的加工精度具有至关重要的意义。提高零件精加工前的精度以及减少零件装夹变形和减小切削力是提高零件加工精度的重要措施。对于力学性能要求较高的工件，一般都需要进行热处理，以提高工件的综合力学性能。     

光学零件加工主要难点的分析

本文根据光学零件在当今科学技术中的重要作用,阐述了球面及非球面光学零件的各种加工方法及其难点,讨论解决加工难点的方向和可行方法。     

国内外非球面光学零件加工技术的现状及新进展

本文较全面地介绍了国内外非球面光学零件加工技术的现状、新进展及今后研究方向。     

KDP光学零件超精密车削加工误差的频谱特性与控制

超精密车削技术适于加工KDP(磷酸二氢钾)等频率转换类型的强光光学零件,但车削表面存在明显的加工纹理,导致抗激光损伤阈值降低。以加工表面误差幅值及其频谱分布为对象,分析了KDP光学零件超精密车削的加工特征和误差形态,采用功率谱密度(PSD)评价方法研究了工艺参数与误差频谱的内在关系,结果表明:不同进给速度及主轴转速将使螺旋形刀痕的间距发生变化,进而影响KDP表面误差的频率成分;切削深度虽然对误差频谱影响很小,但会改变PSD的幅值;当主轴转速高于500 r/min、进给速度小于2 mm/min、切削深度小于2 μm时能够加工出rms值优于20 nm的KDP面形。在此基础上,以典型KDP光学零件加工为例,通过超精密补偿车削方法将低频误差的PSD控制在300 nm2·mm以内,中高频误差的PSD控制到国家点火装置(NIF)标准线以下,满足强光系统的工作要求。     

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。     

轨迹成型法加工球面光学零件新原理的研究

针对在现行球面光学零件加工的基本工序中存在的问题，提出了用轨迹成型法加工球面光学零件的新原理，并对其进行了深入研究。轨迹成型法加工新原理是零件在自身旋转的同时，以某一设定的曲率半径摆动的复合运动与磨轮的圆周运动相互干涉，形成凸或凹的球面。此加工原理的机床能够使加工工序集中化、磨床多用化、加工范围扩大化，而且使工件的面形精度和表面粗糙度容易得到保证，并且加工效率得到了提高，加工成本得到了降低。因此，该加工原理具有广泛的推广应用价值。     

激光核聚变光学元件超精密加工技术的研究

论述了脆性材料延性加工机理。应用超精密加工技术解决了激光核聚变光学元件的大批量加工问题。研究了平面光学元件、KDP晶体和方形透镜超精密加工技术,给出了这三类光学元件超精密加工的工艺过程、机床设计准则和最佳工艺参数。     

光学非球面凹面零件仿形加工方法的修正

从圆锥体靠模仿形法加工非球面光学零件的基本原理出发,指出加工凸非球面时无原理误差,但加工凹非球面时,只能用圆弧包络法加工。用实心圆锥体靠模时,必然存在误差。解决方法是减小工具的曲率半径,或增加一维数控进行补偿,或使用空心圆锥体仿形。实际应用中前两种方法只能减小误差,不能消除。而采用凹模仿形时,则不存在原理误差。     

共光路外差干涉法精密测量光学表面

报道了光学外差法测量表面起伏精度及横向分辨精度达到０．１１ｎｍ及４μｍ。本文采用的是完全共光路外差干涉系统，阐述了它的原理、构造及噪声的影响，并将测量结果与其它商品仪器测量结果作了比较。     

切削参数对新型光学铝级金刚石车削刀具磨损的影响

光学器件和光学测量系统的关键部件主要通过超精密加工制造。铝合金具有很多优势,通常用于光子产业。光学领域对铝合金使用和需求的不断增加,促进了在铸造过程中采用快速凝固技术对铝合金等级重新改良的发展。优异的微观结构和改进的机械和物理性能是新型铝合金等级的特点。目前主要问题在于采用金刚石车削时,由于在切削性方面缺乏对铝合金性能的充分研究,导致机械加工数据库非常有限。本文通过改变金刚石的切削参数,测量切齿安装距超过4km时金刚石刀具的磨损,研究了快速凝固铝合金RSA 905的切削性能。改变的机械加工参数为切削速度、进给速度和切削深度。结果表明切削速度对金刚石刀具的磨损影响最大。主轴转速为500rpm、进给速度为25mm/min、切削深度为15μm时,刀具磨损达到最大值12.2μm;主轴转速为1750rpm、进给速度为5mm/min、切削深度为5μm时,刀具磨损达到最小值2.45μm。通常,较高的切削速度、较低的进给速度和较短的切削深度的组合可以减少金刚石刀具磨损。建立了模型统计以分析金刚石刀具磨损。通过该模型可以生成磨损图,从而确定切削参数产生最小磨损的区域。结果证明,快速凝固铝是更好的选择,为机械工程师使用这种材料提供了参考。     

红外多光谱扫描仪模拟空间环境辐射定标光学系统精度分析

从国际不确定度工作组制定的《测量不确定度表示指南》入手,建立辐射定标光学系统的精度分析模型,确定影响定标精度的各误差源和不确定度分量,采用仿真分析、统计计算、查阅手册,结合试验数据等多种方法计算各自数值,得到系统相对常差和合成相对标准不确定度。结果表明:黑体辐射源定标系统常差为0.012,不确定度为1.07%;积分球系统常差为0.024,不确定度为2.51%,定标系统性能良好。通过研究,建立了一种分析模拟空间环境下光学试验精度的指导性方法。     

光学玻璃研抛用磁流变液的研究

利用智能材料之一的磁流变液 (MRfluids)作为加工工具对光学玻璃进行了精密抛光加工。讨论了适用于光学玻璃抛光的磁流变液的配制机理及磁流变液对光学玻璃抛光效果的影响因素。针对光学玻璃磁流变的抛光原理和特点 ,开发配制了适合于光学玻璃加工用的磁流变液 ,并用该磁流变液对光学玻璃进行了实验加工。结果表明 ,最终得到的光学玻璃表面经过AFM测试 ,得到Ra =1 0 1 5nm。     

双波长共焦衍射光学元件分析与设计

报道二维纯位相环带衍射光学透镜的研究。结果表明，在确定位置的像平面的光强分布呈现相当理想的光聚焦作用；同时以１．０６μｍ和０．６３２８μｍ两种波长为例，对双波长二维成像的环带衍射透镜进行分析计算，结果表明二种波长的光束都能聚焦于同一像平面。这种元件可方便地用于非可见激光中的对焦与光路调整。     

一阶不连续光学元件MRF流体动力学分析方法

一阶不连续光学元件的磁流变抛光问题是制约我国高精高效光学制造领域发展的难题之一,其涉及锥形、矩形等几何形貌元件的光学元件加工问题以及常见光学元件的边缘效应控制问题。提出了基于一阶不连续光学元件的磁流变抛光流体动力学方法,建立了该类元件抛光区域流体动力分析的理论方法和数值手段。首先,对磁流变抛光工况下的流场进行了合理假设,其次,从微元流体动力方程出发,建立了适用于一阶不连续面形的流场分析方法,最后,基于有限差分法和数值迭代方法建立了流场控制方程的数值计算方法。通过对切入距离为1~18 mm的抛光过程进行数值仿真,发现该方法所获取的一阶不连续面形的压力分布形态是正确的,产生的不连续压降与实验观测一致。     

多焦距多通道全息光学元件

本文介绍了由不同焦距与不同衍射方向的全息透镜组合而成的一种新型全息元件。这种元件中的每个透镜具有相同的物方光轴和不同的象方光轴。它可以把物方空间沿光轴方向上的不同物距上的物面分别成像在对应的通道上,从而把一个三维物场变为多个二维像进行显示。文中给出了应用此元件对三线粒子场进行检测的初步结果。     

衍射光学元件的解析分析方法

从波动光学传播的菲涅尔衍射出发，探讨一次光学转换形成任意要求的图形的问题。导得两平行传播平面的函数关系，从而在确定像面分布的条件下可以逆求出原始面的振幅与倍相分布。文中给出了几个实例，充分表明这是有实用价值的一种衍射光学元件设计方法。     

先进光学制造技术进展

针对高功率固体激光发展的需求,总结了先进光学制造技术方面的研究进展。采用超精密制造技术提高了非球面等元件的加工精度和制造效率,并为解决低缺陷加工提供了技术途径。围绕面形误差控制,特别是中频波前误差控制,发展了多种确定性抛光技术。针对熔石英元件建立了去除-抑制模型及新的抛光技术,有效抑制了亚表面缺陷的产生。