上海光機(jī)所在磨料水射流超精密加工理論及工藝研究中取得新進(jìn)展
近期,中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所精密光學(xué)制造與檢測(cè)中心實(shí)驗(yàn)室在磨料水射流超精密加工理論及工藝研究中取得新進(jìn)展。該研究成果拓展了磨料水射流加工的應(yīng)用場(chǎng)景,同時(shí)為中頻誤差的抑制提供了一個(gè)全新有效的方法,對(duì)光學(xué)加工的發(fā)展有重要的指導(dǎo)意義。相關(guān)成果發(fā)表在Optics Express(《光學(xué)快報(bào)》)上。
現(xiàn)代光學(xué)系統(tǒng)對(duì)超精密光學(xué)元件有迫切的需求,數(shù)字化子孔徑拋光是獲取超精密光學(xué)元件重要手段,子孔徑拋光在加工過(guò)程由于周期路徑的卷積效應(yīng)容易產(chǎn)生中頻誤差。對(duì)于高功率激光系統(tǒng)來(lái)說(shuō),中頻誤差會(huì)導(dǎo)致焦斑拖尾和近場(chǎng)調(diào)制,損壞光學(xué)元件。高能成像系統(tǒng)中,中頻誤差會(huì)引起小角度散射,降低光束質(zhì)量和成像對(duì)比度。中頻誤差的抑制一直是國(guó)際光學(xué)加工領(lǐng)域研究的痛點(diǎn)和熱點(diǎn)問(wèn)題,F(xiàn)有抑制中頻誤差的方法普遍存在加工效率較低且有些方法還會(huì)破壞低頻面形的問(wèn)題。與此同時(shí),磨料水射流拋光方法具有非破壞性和非接觸性的特點(diǎn),但由于其去除函數(shù)尺寸小、效率低的缺陷,仍缺少合適的應(yīng)用場(chǎng)景。 針對(duì)上述問(wèn)題,研究基于Preston經(jīng)典加工理論通過(guò)復(fù)數(shù)頻譜最優(yōu)化建立的拓展模型驗(yàn)證了稀疏“雙步距柵格路徑”的存在,其可以通過(guò)抑制誤差頻譜的前兩階峰值來(lái)實(shí)現(xiàn)周期性條紋誤差有效去除。研究通過(guò)該模型能準(zhǔn)確得出最優(yōu)加工參數(shù),再利用磨料水射流拋光去除函數(shù)尺寸小的特點(diǎn)在最優(yōu)加工參數(shù)下將去除量精確落到中頻誤差的高點(diǎn)處,從而實(shí)現(xiàn)中頻誤差的保形高效去除。研究發(fā)現(xiàn)在磨料水射流超精密加工中通過(guò)特定的稀疏“雙步距柵格路徑”在去除子孔徑拋光中殘留的周期結(jié)構(gòu)條紋(中頻誤差)上有顯著優(yōu)勢(shì)。與傳統(tǒng)去除中頻誤差方法相比,磨料水射流加工通過(guò)稀疏“雙步距柵格路徑”能夠大幅縮短加工時(shí)間,且加工前后的表面面形和表面粗糙度能基本保持一致。稀疏“雙步距柵格路徑”理論上并不局限于射流拋光工具,這對(duì)其他光學(xué)加工方法工藝研究提供了一定的參考意義。 ![]() 圖1.用于生成準(zhǔn)無(wú)衍射光片的光瞳掩膜及其使用方法示意 ![]() 圖2.設(shè)計(jì)制備的相位光瞳掩膜在實(shí)驗(yàn)中實(shí)測(cè)的光片寬度厚度結(jié)果 相關(guān)工作得到了上海市揚(yáng)帆計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)的支持。 原文鏈接:https://doi.org/10.1364/OL.454833 |