中大口径光学元件离子束抛光控制技术研究

发布时间：2021-10-30 06:37

　　光学元件的面形精度是光学系统性能的关键参数之一,现代光学系统的发展对光学元件的表面质量提出了越来越高的要求,不仅仅要求所使用的光学元件具有更高的表面精度,同时还需要更大的尺寸。中大口径高精度光学元件在武器装备、深空探测、激光系统和光刻技术中具有非常广阔的应用。传统的接触式抛光方法在加工中大口径光学元件时,由于其接触式的加工方法不可避免的存在着诸如抛光头磨损、边缘效应和亚表面损伤等问题,制约了加工精度的提高。同样基于CCOS（Computer Controlled Optical Surface）原理加工光学元件的离子束抛光使用离子束代替传统的抛光头,通过离子束与光学元件之间的离子溅射效应去除光学元件表面材料,不仅可以避免上述问题,而且基于稳定的离子源技术和精准的数控技术,离子束抛光还具有高精度和高收敛性的特点。本文针对离子抛光过程中去除函数的确定和驻留时间函数的求解两个关键问题,完成的主要工作如下:（1）去除函数模型的建立。通过Sigmund溅射原理,发现当离子能量固定时,去除函数仅与光学元件表面的离子束流分布和光学元件的材料特性有关,从而建立了离子束抛光的去除函数模型。研究了使用线扫... 

【文章来源】：长春理工大学吉林省

【文章页数】：55 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

长春光机所的FSGJ系列设备

单点金刚石切削技术是光学元件加工中极为有效和经济的方法，在光学元件加工中的作用正在不断扩大[13]。美国劳伦斯利弗莫尔（LLNL）实验室在 1983 年和 1984 年间先后研制成功了 DTM-3（图 1.3（a））和 LODTM（Large Optics Diamond TurningMachine）（图 1.3（b））大型超精密金刚石车床[14]。DTM-3 是当今水平最高的超精密金刚石车床，该机床可加工光学元件的类型包括平面、球面及非球面，最大可加工直径 2100mm 的光学元件，加工后元件表面的面形精度可以达到 25nm，粗糙度可以达到 7.6nm Ra[7]。LODTM 机床最大可加工直径 1.65m 的光学元件，加工精度可达28nm[15]。

a) b)图 1.4 磁流变抛光的材料去除过程和抛光设备a) 磁流变抛光的材料去除过程 b)Q22-2000F 型磁流变抛光机床.4 气囊抛光气囊抛光（Spinning Bulged Compliant Tool，SBCT）方法是由 Zeeko 公司和实验室在 20 世纪 90 年代提出的抛光方法。气囊抛光方法的抛光头是小尺寸性皮囊，其内部气压可以调节，在加工过程中气囊以“进动”的方式按照设、速度和压力对光学元件表面进行抛光[10]。气囊抛光的抛光工具可以较好地贴合光学元件表面，在去除前道加工工序产瑕疵的同时不会引入新的损伤，是一种非常适合大平面光学元件的抛光方法气囊抛光过程中气囊柔性退让，只对元件表面有擦光作用，不易提高光学元精度；同时高速旋转的抛光头对液体磨料的推阻作用也限制了加工效率的。伦敦光学实验室与 Zeeko 公司合作开发了 IRP 系列气囊抛光机床。2000 年学实验室研制成功了 IRP200 气囊抛光机床（图 1.5（a）），使用该设备加工mm、曲率半径450mm的熔融硅非球面光学元件，其面形精度PV值达到了0.19[18, 19]


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