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50卷第2期厦门大学学报(自然科学版)Vol.50No.2

2011年3月JournalofXiamenUniversity(NaturalScience)Mar.2011

大口径光学元件微纳加工与检测技术研究与应用

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郭隐彪,王振忠,彭云峰,杨炜,毕果

(厦门大学物理与机电工程学院,微纳米加工与检测联合实验室,福建厦门361005)

摘要:超精密金刚石砂轮磨削是大口径先进光学元件微纳加工的主要技术,是实现确定性批量加工的重要保证.以实

现高精度、高效率、高自动化程度加工为目的,阐述了大口径光学元件微纳加工与检测的加工技术系统,详细分析高精度

加工设备及工艺控制、大尺寸检测、加工环境监控、快速抛光、表面织构化等研究应用情况.

关键词:微纳米加工;检测;超精密加工装备;快速抛光;加工监控;表面织构化

中图分类号:TG58文献标志码:A文章编号:04380479(2011)02028607

大口径光学元件通常包括平面及非球面.非球面熟[47]:数控单点金刚车削,主要用于大中小口径有色

一般是指轴对称非球面及非轴对称非球面,根据光学金属及少数光学晶体等材料加工,加工精度及效率高、

设计应用需求,在基本类型的基础上又衍生出几种广重复性好;非球面复制技术,包括模压成型及环氧树脂

义的非球面,如离轴非球面、楔形非球面等.光学非球复制,适合于大批量生产小口径非球面(100mm以

面元件相比球面而言,能提高光学系统的相对口径比,下),需要高精度模具;非球面离子束加工,适用于中小

因此可简化结构,同时非球面能消除球面元件在光传口径非球面局部表面修整,能获得很好表面质量,但效

递过程中产生的球差、慧差、像差、场曲等不利影响,减率低且加工过程不易控制;非球面研磨抛光技术,如数

少光能损失,从而获得高质量的图像效果和高品质的控小磨头抛光、磁流变抛光、电流变抛光等均能实现高

光学特征.当前非球面广泛应用在航天航空、国防、天精度非球面,是较为可控的方法;非球面金刚石砂轮磨

文、医疗以及光电等高技术领域,其中大口径光学非球削技术,是非球面加工技术中的关键内容,其加工对象

面元件(400mm以上)在激光核聚变装置、高能激主要是光学玻璃、黑色金属等硬脆性难切削材料,随着

光、红外热成像、卫星用光学系统、大型天文望远镜、医材料科学发展,硬脆性材料的非球面应用趋势加强,因

疗影像设备等国家重大光学工程及国防尖端技术中需此金刚石砂轮磨削技术在超精密加工领域起着越来越

求急速增长,而中小型非球面更多应用于民用光电产重要的作用.

品领域,作为信息传递的关键组件,在计算机、光通讯、已开发的非球面加工方法,基本上解决了各种中

手机、数码照相机以及视听设备等各种必威体育精装版的电子产小口径非球面镜的加工问题,并且相应加工设备的总

品中,起着极其重要的作用[13].体成套水平较高.而由于大口径非球面在国防军事等

加工技术总是随着需求的增长而发展.非球面是领域的应用,相关的加工技术及装备开发等各方面研

光学领域的重要发展,其广泛应用给精密超精密加工

究以国家经费投入较多,并且国外发达国家均对我国

技术提出了迫切要求,尤其是在提高制造精度及效率、

进行严格技术和设备禁运.从20世纪90年代以来,在

降低成本方面,国内外普遍认为数控加工技术是解决