Ультра-точные методы полировки для асферических оптических линз

Поскольку спрос на качество изображения продолжает расти на рынке, высокоточные оптические асферические линзы все чаще используются в оптических приборах, космической лазерной связи, аэрокосмической и других областях. По сравнению с традиционными сферическими линзами, асферические линзы имеют различные радиусы кривизны, что позволяет совпадать фокусным точкам парааксиальных и маргинальных лучей. Это уменьшает оптические аберрации, такие как аберрация волнового фронта, кома и искажения, эффективно исправляя сферические ошибки изображения. Кроме того, асферические линзы устраняют необходимость в дополнительных линзах для достижения высокого качества изображения, облегчая разработку более компактных и легких оптических систем.

Оптическая наплавка с компьютерным управлением (CCOS)

Оптическая поверхность с компьютерным управлением (CCOS)-это передовая технология обработки, которая сочетает в себе традиционный опыт полировки с современной технологией числового управления. По мере того, как технология стала более совершенной, она постепенно заменила традиционные методы полировки, став основной технологией обработки асферических линз в Китае. Во время фактической обработки данные морфологии поверхности целевой заготовки могут быть предварительно включены в систему управления. Основанный на специфической полируя окружающей среде, ключевые факторы как время выдержки, скорость, полируя путь, и полируя давление инструментальной головки, так же, как вторичные условия как значение пэ-аш и концентрация полируя слурры, угол ориентации инструмента, и температура, проконтролированы. Посредством повторного обнаружения и обработки погрешность между точностью оптической поверхности и точностью целевой поверхности непрерывно уменьшается, в конечном итоге достигая желаемой точности поверхности.

По сравнению с классическими методами полировки, CCOS является детерминированным методом обработки, который может максимально точно имитировать процесс полировки всей оптической поверхности, тем самым достигая относительно высокой точности обработки. Однако из-за небольшого размера инструментальной головки CCOS также сталкивается с проблемой низкой эффективности обработки при полировке асферических линз большого диаметра. Кроме того, поскольку полировальная подушка изнашивается с течением времени, функция удаления не может оставаться стабильно стабильной, что также может в некоторой степени повлиять на точность.

Технология полировки наклада стресса

Для повышения эффективности обработки небольших инструментальных головок при производстве асферических оптических элементов часто используются более крупные инструментальные головки для достижения более высоких скоростей удаления материала, при этом полировальные нарезки обычно служат в качестве крупногабаритных инструментальных головок. Однако из-за плохого соответствия больших полировальных кругов асферическим оптическим элементам достижение высокоточной обработки становится сложной задачей. Чтобы решить эту проблему, ученые сосредоточились на оптимизации головки инструмента (полировка круга) и разработали технологию полировки коленей напряжением.

Технология полировки под напряжением включает активную деформацию полировального круга для полировки заготовки. В частности, во время динамического процесса шлифования и полировки, который включает радиальный перевод и вращение круга напряжений, компьютер управляет кругом напряжений в режиме реального времени. Этот контроль индуцирует динамическую деформацию поверхности круга в соответствии с теоретической формой поверхности обрабатываемой асферы. Это гарантирует, что во время активной обработки круга полировальный круг соответствует асферической поверхности, что обеспечивает более стабильное удаление материала и более высокую точность.

По сравнению с технологией CCOS, технология полировки коленей под напряжением обеспечивает более высокую эффективность обработки и может преимущественно удалять верхние точки поверхности, эффективно исправляя локальные ошибки средней и высокой частоты. Это приводит к естественно гладкой зеркальной поверхности в широком диапазоне пространственных частот, что делает его особенно подходящим для обработки асферической оптики большого диаметра. Он стал одной из основных технологий для эффективной и точной обработки первичных зеркал размером 2 метра, 4 метра и даже 8 метров. Однако необходимость регулировки приводов для изменения изгибающих моментов и моментов, чтобы обеспечить контакт круга напряжений с поверхностью заготовки, делает процесс управления более сложным.

Технология полировки подушек безопасности

Полировка подушки безопасности по-прежнему использует базовую теорию коррекции формы CCOS, но использует головку полировального инструмента, которая состоит из гибкой подушки безопасности с определеннымДавление и слой пусковой площадки полиуретана полируя придерживались к своей поверхности. Во время полировки внутреннее давление воздуха подушки безопасности можно регулировать в режиме реального времени в соответствии с размером и формой полируемого оптического элемента. Это гарантирует, что головка полировального инструмента почти полностью соответствует поверхности заготовки, гарантируя, что функция удаления в локальной области полировки оптического элемента является последовательной. Это эффективно улучшает шероховатость поверхности и контролирует точность последующей обработки поверхности.

Кроме того, весь процесс полировки подушек безопасности контролируется системой ЧПУ. Полировка выполняется в порядке «прецессии» (аналогично движению гироскопа) по заданной траектории с контролируемой скоростью и давлением. Параметры являются гибкими и управляемыми, обеспечивая стабильность удаления материала во время процесса полировки.

В настоящее время при обработке линз литографических объективов технология полировки подушек безопасности стала основным методом предварительной обработки перед полировкой ионным лучом. Однако из-за небольшого размера полировального пятна и низкой скорости удаления материала при полировке подушки безопасности время обработки, необходимое для асферических поверхностей большого диаметра (в масштабе метра и выше), очень велико. Кроме того, он склонен к генерации ошибок средней и высокой частоты.

Магнитореологическая полировка

Магнитореологическая полировка (MRP)-это передовая технология обработки, которая объединяет теории электромагнетизма, аналитической химии и гидродинамики. Его «шлифовальная головка» представляет собой магнитореологическую жидкость, которая подвергается реологическим изменениям в градиентном магнитном поле, образуя «гибкую полировальную форму» с вязкопластическими свойствами. И форму, и твердость этой формы можно контролировать в режиме реального времени с помощью магнитного поля.

Во время полировки «головка инструмента», образованная магнитореологической жидкостью, генерирует силы сдвига в зоне контакта. Регулируя угол поворота и скорость заготовки, можно добиться равномерного удаления материала по всей поверхности, что приводит к гладкой поверхности. Эта технология позволяет точно контролировать процесс полировки, что делает ее пригодной для получения высококачественных поверхностей на сложных оптических компонентах.

По сравнению с традиционными методами обработки, магнитореологическая полировка (MRP) предлагает несколько преимуществ. Регулируя напряженность магнитного поля, форма и твердость затвердевания магнитореологической жидкости могут быть изменены, что обеспечивает точное и количественное удаление материала из оптических элементов с высокой эффективностью полировки. Кроме того, поверхность обрабатываемого оптического элемента не деформируется при изменении напряжения, предотвращая образование слоев подповерхностного повреждения и обеспечивая высокое качество поверхности.

Кроме того, поскольку полировальная головка, образованная магнитореологической жидкостью, не испытывает износа, функция удаления остается последовательно непрерывной. Однако MRP подходит только для выпуклых поверхностей с любым радиусом кривизны. Для вогнутых поверхностей радиус кривизны должен быть больше радиуса полировального круга.

В настоящее время американская компания QED разработала оборудование MRP, способное обрабатывать диаметры от 2 метров до 4 метров. Это оборудование уже используется для высокоточной обработки астрономических асферических зеркал большого диаметра.

Ионная лучевая полировка

Ионно-лучевая полировка (IBP) обеспечивает бесконтактную полировку без напряжений на атомном уровне. Принцип предполагает использование источника ионов для излучения ионного пучка с определенной энергией и пространственным распределением для бомбардировки поверхности оптических линз в вакуумной среде. Когда атомы на оптической поверхности получают достаточную энергию, они преодолевают поверхностные силы связи и подвергаются физическому распылению, тем самым достигая полировки на атомном уровне.

Этот метод обеспечивает чрезвычайно точное удаление материала, что делает его идеальным для применений, требующих сверхгладких и высокоточных поверхностей. Внеконтактный характер ионно-лучевой полировки исключает риск введения механических напряжений или деформаций, обеспечивая целостность оптическихUrface.

Благодаря высокой точности полировки, отсутствию поверхностных повреждений и высокой стабильности, ионно-лучевая полировка (IBP) высоко ценится в области оптической обработки. Он не страдает от краевых эффектов или проблем с поверхностными и подземными повреждениями. Наряду с магнитореологическим полированием (MRP), IBP считается одной из самых инновационных технологий в оптической обработке за последние тридцать лет.

Однако, как метод полировки на атомном уровне, IBP имеет относительно низкую скорость удаления материала. Он особенно подходит для достижения окончательных высокоточных требований к поверхности асферических зеркал большого диаметра. В настоящее время использование ионно-лучевой полировки для изготовления асферических поверхностей для линз объектива литографии позволяет достичь точности поверхности со среднеквадратичным значением корня (среднеквадратичное значение) до 1 нм. Этот уровень точности имеет решающее значение для передовых оптических приложений, обеспечивая высочайшее качество и производительность оптических компонентов.