基于光楔阵列产生光学涡旋阵列的研究

在研究光楔衍射法产生单涡旋的基础上,基于长条形光楔阵列,提出了利用光束阵列衍射产生涡旋阵列的方法.该方法要求光束阵列在平行于光楔边缘方向上的光束间距等于光束直径的整数倍.利用超精密机床采用一体化加工法加工了光楔阵列元件,验证了该方法的可行性.利用空间光调制器快速灵活调整光束阵列的优点,搭建了借助空间光调制器加载达曼光栅衍射产生所需光束阵列的实验光学系统.针对光束阵列与光楔阵列的匹配问题,研究了达曼光栅掩模图基本单元对光束阵列的调控,获得了可调结构的光束阵列.实验产生了拓扑荷一致的光学涡旋阵列,与仿真结果相一致,证明所提方法的有效性.     

基于聚焦离子束铣削技术的微刀具制备

提出了一种利用聚焦离子束(FIB)技术的铣削功能制备微细切削刀具的方法,通过设置恰当的离子束参数及精确控制刀具的不同刀面相对离子束的位置,可以获得具有高精度特征尺寸、锋锐刃口且复杂形状的微刀具.被加工刀具的典型特征尺寸为5～50,μm,可加工各种不同截面形状的微刀具.对硬质合金材料的毛坯进行FIB铣削,获得了宽度为7.65,μm、刃口半径小于30,nm的矩形微刀具.通过在超精密车床上进行加工试验,结果表明,FIB铣削的微刀具具有很好的加工性能.     

基于聚焦离子束的纳米加工技术及进展

随着纳米科技的不断发展,核心功能器件的纳米制造作为相关设计与应用研究的桥梁和基础,其研究价值的重要性日益凸显。聚焦离子束（Focused ion beam,FIB）加工是面向纳米尺度制造的一项重要技术。在概述FIB工作原理的同时,介绍FIB纳米加工方法与关键工艺的发展状况,就溅射产额、再沉积和FIB纳米直写方法等展开讨论。并介绍FIB纳米加工技术在纳米功能器件制造和基础研究等领域的典型应用。对其未来的发展从装备和机理研究的角度进行了展望。     

自由曲面超精密车削加工路径优化设计

加工路径优化设计是提高自由曲面超精密车削表面质量和形状精度的关键技术．采用NURBS插补模型进行自由曲面的描述,提出柱面坐标加工模型进行自由曲面超精密车削加工分析,借助矢量数学对刀位点进行刀具参数的优化补偿,并采用螺旋投影驱动方式实现加工路径的规划．对各种类型自由曲面进行加工实验,表面粗糙度达到5．16nm,路径优化设计后加工形状精度提高近10倍实验结果表明,提出的路径优化设计方法可以高效可靠地加工光学质量表面的自由曲面。     

基于波前传感法的立方相位板面形测量

针对立方相位板的曲面特征,基于波前传感方法设计了面形测量系统。提出了波前数据到曲面面形的映射模型,借助图像处理方法有效地提高了测量的动态范围,实现了较大曲率的立方相位板面形精度的超精密测量。仿真分析表明,该模型的转换精度同传统算法相比提高了2~3倍,测量的动态范围提高了4倍,且仍有提高空间。最后搭建的实验系统实现了实际立方相位板面形的测量,通过与Wyko白光干涉仪的测量数据对比,验证了测量的准确性。     

基于误差递减修正法的非球面超精密加工

误差滤波和分离技术是超精密加工中的关键技术之一。采用误差递减法修正加工路径,利用修正的高斯权函数对测量表面进行滤波处理,设计并完成了整个误差递减系统,实现非球面的超精密车削加工,并在很大程度上提高其表面精度(P-V值)。通过实验验证,利用该加工方法,提高了加工效率,可明显地提高非球面的表面精度,最终达到面形精度小于200nm。     

人眼实际观察状态下的自由曲面眼镜片的透射波前像差测量

基于人眼-镜片联合模型提出了一种实际观察状态下测量自由曲面镜片波前像差的方法,该方法不同于焦度计及现有的哈特曼-夏克波前像差传感器测量眼镜片后表面波前像差的方法。阐述了一种在实际观察状态下眼镜片顶球面上的波前像差测量方法的原理。基于该原理设计、研制了相应的测量装置,并使用该测量装置自动扫描测量得到眼镜片顶球面上的波前像差和配戴者屈光度参数。实验结果验证了该测量装量可以实现模拟实际观察状态下自由曲面镜片波前像差的测量,有助于评价自由曲面镜片的成像质量和加工质量,以及指导镜片的设计和优化。     

玻璃光学元件精密模压成形技术

介绍了玻璃光学元件精密模压成形技术的原理、玻璃材料、模具制造、模具表面镀膜、结合有限元仿真的模压工艺优化和模压成形设备等核心技术的研究进展,并讨论了当前存在的问题。通过探讨玻璃模压成形技术在自由曲面、微结构、衍射结构表面和晶圆阵列等光学元件中的应用现状,对玻璃元件精密模压成形技术的发展趋势和挑战进行了展望。     

纳米切削中水的物理作用的分子动力学仿真

为了减少刀具磨损、提高工件表面完整性,借助分子动力学仿真对金刚石纳米级切削单晶铜进行了深入研究,比较了干切和加水切削时的晶格变形、切削力和热耗散,探讨了水基切削液和断续切削对刀具磨损和表面质量的影响.结果表明:水分子能够有效将刀具表面和被切材料分隔开,但是由于刀尖处接触压力极高、水膜易被穿透致使刀尖与铜原子直接作用,因此黏着现象无法完全避免.加水切削有利于减小摩擦力并降低刀具表面热量,工件已加工表面完整性得到提高,而断续切削有利于水膜的保持并充分发挥其冷却润滑作用.     

基于光学自由曲面的三维位移测量系统

针对数控机床、多轴位移台等多轴系统位移检测中存在的检测方法复杂、测量费用高等问题,利用光学自由曲面具有极大的设计自由度,可简化系统结构、提高系统性能的特点,设计开发了一种基于光学自由曲面的非接触式三维位移测量系统,用于普通机床、多轴位移台等多轴系统位移精度检测.通过设计光学自由曲面基准件,搭建实验平台,建立测量系统的数学模型,完成了测量系统的标定实验、测量系统精度验证实验和三维位移测量实验.结果表明,该测量系统精度达2.8,μm,可用于多轴系统的位移检测.