Dark-field detection method of shallow scratches on the super-smooth optical surface based on the technology of adaptive smoothing and morphological differencing

In recent years, modern optical processing technologies, such as single point diamond turning, ion beam etching, and magneto-theological finishing, arc getting break- throughs. Machining precisions of super-smooth optics have also been significantly improved. However, with increasing demands for the optical surface quality,

Magnetic Bingham fluid-assisted deterministic polishing for super-smooth surfaces

The characteristics of magnetorheological fin- ishing (MRF) technique such as the behavior of magnetic particles and the magnetic field distribution have been inves- tigated. Based on the established theoretical model, material removal function and removal rate experiments involving a K9 glass mirror are designed and carried out. Further experiments are carried out to improve the surface roughness of the workpiece. The final surface roughness with an initial value of 17.58 nm reached 0.4351 nm rms after 35 min of deterministic MRF, and the AFM measurements on microstructures of the polished surface are also improved by 0.445 nm rms without obvious defects.

基于运动平台中心对称阵的相干信源DOA估计

当存在多径问题时,圆阵的空间谱测向性能会严重下降。对此,提出一种基于运动平台的中心对称阵平滑空间谱估计算法。该算法利用阵列在空间上的平移,得到多个平移后的协方差矩阵;同时利用中心对称阵的对称性,将接收数据反向处理,获得虚拟阵列数据的协方差矩阵。之后对所有协方差进行叠加,可获得一个新的满秩的协方差矩阵,实现解相干处理,完成信号的来波方向估计。仿真实验验证了该方法的有效性,并具备较大的工程应用价值。

超光滑硅柱面反射镜的加工和检测

介绍了超光滑硅柱面反射镜的加工过程、工艺控制及检测方法。给出了由超光滑硅柱面反射镜组成的准直扩束系统的出射波面的检测结果。

磨料液体射流抛光技术研究进展

论述了磨料液体射流抛光过程中的材料去除机理,介绍了磨料液体射流加工系统平台的国内外研究成果。从速度变化、材料去除、表面演化、表面粗糙度、数值模拟五个方面阐述了磨料液体射流数学模型的构建状况。系统分析了主要工艺参数如磨粒动能、射流压力、磨料、喷射角度、喷射距离、添加剂对加工结果的影响规律,并总结了磨料液体射流抛光技术发展历程。最后针对其将来的研究方向与内容给出了进一步的建议与展望。

SiC悬浊液超光滑表面加工技术

以纳米SiC颗粒悬浊液作为超光滑加工的载体,研制了适合进行超光滑表面加工且具有良好分散性和稳定性的纳米SiC颗粒悬浊液,阐述了悬浊液浮超光滑表面加工的机理,并用该悬浊液对K9光学玻璃进行了加工试验研究,并进行了AFM测试。验证结果表明,加工获得的K9光学玻璃表面粗糙度可以达到Ra=0.84 nm的水平。

一种测量光学表面粗糙度的全积分散射仪

运用全积分散射理论,结合积分球的光度特性,研制了一种用于粗糙度测量的比较法全积分散射仪。用原子力显微镜分析了用相同的抛光工艺制备的三片超光滑硅片的表面粗糙度,其结果均在0.14～0.19 nm之间,说明了此抛光工艺的稳定性;用原子力显微镜测量值为0.143 nm均方根粗糙度的超光滑硅片作为参考样片,比较了其他三片相同工艺制备的硅表面的全积分散射测量结果,结果显示与标准片的测量结果非常接近,均在0.14～0.18 nm之间,验证了全积分散射法的合理性;进一步分析了锗、铝、碳化硅等表面的全积分散射测量结果,结果呈现出明显的差异,说明该方法具有较高的灵敏度和较大的动态范围。

高温超导薄膜衬底材料LaAlO_3单晶的超光滑表面抛光研究

本文以化学机械抛光为手段 ,以原子力显微镜 (AFM)为工具 ,对高温超导薄膜衬底材料LaAlO3 单晶的超光滑表面抛光进行研究。既观察到了由传统光学表面向超光滑表面过渡的过程 ,又观察到了超光滑表面加工的结果—表面的本征化。

散射法表面粗糙度测量

介绍了标量和矢量两种散射理论 ,并用软 X射线反射率计对超光滑表面进行散射测量 ,同时应用这两种理论计算了超光滑表面粗糙度均方根值 ,从计算结果来看 ,两种理论所得结果与

纳米磨料硬度对超光滑表面抛光粗糙度的影响

通过均相沉淀法制备了纳米CeO2和Al2O3粉体,研究了在相同抛光条件下纳米CeO2、Al2O3和SiO2磨料对硅片的抛光效果,用原子力显微镜观察了抛光表面的微观形貌并测量其表面粗糙度。结果表明:纳米CeO2磨料抛光后表面具有更低的表面粗糙度,在5μm×5μm范围内表面粗糙度Ra值为0.240nm,而且表面的微观起伏更趋向于平缓;考虑了纳米磨料在抛光条件下所发生的自身变形,其变形量相当于一部分抵消了纳米磨料嵌入基体材料的切削深度,而这个切削深度最终决定了抛光表面的粗糙度;分析指出这个变形量与纳米磨料的硬度成反比,硬度低的纳米磨料由于自身变形量大,导致切削深度小,抛光后表面的粗糙度值低。解释了在相同的抛光条件下不同硬度的纳米磨料具有不同的抛光表面粗糙度的原因。

掠入射X射线散射法测量超光滑表面

介绍了掠入射X射线散射法(GXRS)测量超光滑表面的原理及基于商业用X射线衍射仪改造而成的实验装置。选择3片不同粗糙度的硅片作为实验样品,根据一级矢量微扰理论对各个样品所测量的散射分布进行处理。结果表明,GXRS法得到的样品功率谱密度函数(PSD)与使用原子力显微镜(AFM)所测量的结果基本相符。分析了探测器接收狭缝的宽度和入射光发散度对实验结果的影响,结果表明,在其他实验条件理想的情况下,当探测器接收狭缝宽度<0.02mm,入射光发散度<43″时,在空间频率>0.03μm-1的范围内,由其引起的PSD函数测量误差<2%。随着探测器接收狭缝宽度和入射光发散度的减小,测量误差呈指数迅速减小。在所测量的空间频率范围内,PSD函数的误差随频率的增加而减小,仪器的重复精度优于2.6%。

Li_2O-Al_2O_3-SiO_2微晶玻璃超光滑表面纳米划痕产生机理及抑制实验研究

对Li2O-Al2O3-SiO2微晶玻璃超光滑表面进行了纳米划痕实验,测得微晶玻璃超光滑表面弹性-塑性与塑性-脆性转变的临界载荷分别为3.906 mN和29.78 mN.通过对微晶玻璃超光滑表面划痕产生机理进行分析,得出在纳米尺度的抛光加工过程中,抛光颗粒的载荷越接近弹塑转变临界载荷,则样品表面产生的划痕越少,越易获得无划痕的超光滑表面.通过对比抛光工艺优化前后的实验结果,可以看出优化后的抛光工艺对超光滑表面划痕的抑制效果较明显,证实了上述研究结果的正确性.该研究结果对于Li2O-Al2O3-SiO2微晶玻璃超光滑表面加工具有一定的指导意义.

超光滑表面加工方法

超光滑表面的一个最直接的评价参数就是表面粗糙度,它要求Ra≤1nm。在这样高的要求下,传统抛光由于磨料的存在限制了表面粗糙度进一步减小,传统的机械加工已经满足不了要求。文中着重阐述了现有的超光滑表面的加工方法,对于各种方法都做了原理性的介绍及评价。

化学气相沉积SiC材料超光滑表面纳米加工

利用传统光学加工方法,采用陶瓷磨盘和金刚石微粉对国产化学气相沉积(CVD)SiC进行了粗磨、细磨加工;然后,利用颗粒直径从4μm到1μm的金刚石研磨膏逐级进行抛光,发现SiC表面存在纳米级划痕;最后,改用颗粒直径为20 nm氧化铝纳米颗粒的碱性水溶液进行抛光,表面粗糙度达到0.6 nm(RMS),表面纳米级划痕得到很好改善,获得了较高表面质量的超光滑表面。

超光滑光学基片表面激光清洗机理与技术

分析了激光清洗技术在清洗超光滑光学基片表面应用中的难点和可行性，并利用Nd：YAG脉冲激光器对超光滑光学玻璃表面进行了激光清洗实验，实验结果表明了激光清洗技术在清洗超光滑光学基片方面非常有效。在此基础上建立了激光清洗的热学模型，结合气泡成长动力学和流体力学理论，分析了超光滑光学基片表面激光清洗的机理，量化了作用于杂质微粒上的去除力。

LBO晶体超光滑表面抛光机理

胶体SiO2抛光LBO晶体获得无损伤的超光滑表面,结合前人对抛光机理的认识,探讨了超光滑表面抛光的材料去除机理,分析了化学机械抛光中的原子级材料去除机理。在此基础上,对胶体SiO2抛光LBO晶体表面材料去除机理和超光滑表面的形成进行了详细的描述,研究抛光液的pH值与材料去除率和表面粗糙度的关系。LBO晶体超光滑表面抛光的材料去除机理是抛光液与晶体表面的活泼原子层发生化学反应形成过渡的软质层,软质层在磨料和抛光盘的作用下很容易被无损伤的去除。酸性条件下,随抛光液pH值的减小抛光材料的去除率增大;抛光液pH值为4时,获得最好的表面粗糙度。

无机材料超光滑表面的制备

随着光学、微电子、航天和激光技术的发展,在晶体或玻璃等无机材料上制备亚纳米级的超光滑无损伤表面已成为现代精密加工技术领域的重点研究课题。近年来,此项技术研究进展迅速,不仅改进了传统的抛光技术,还出现了浮法抛光、离子束加工和弹性发射加工等新技术。系统介绍了超光滑表面的检测、制备技术及其发展,并讨论了抛光过程中的机械化学作用机理。

无磨料低温抛光的工艺方法研究

对无磨料低温抛光这种全新的工艺方法进行了系统的研究,包括抛光设备、抛光冰盘的制备、工件盘的制备、抛光盘的修整、抛光后工件的清洗、抛光后表面粗糙度的测量等。并用此种方法对石英晶体进行了抛光实验,得到了Ra0.53mm的超光滑表面,结果证明这是一种获得超光滑表面的新方法。

无损伤超光滑LBO晶体表面抛光方法研究

传统的抛光LBO晶体的方法是选用金刚石抛光粉在沥青抛光盘上抛光。沥青盘易于变形不容易修整,金刚石粉特别硬容易损伤抛光晶体表面。抛光过程中,抛光盘和抛光粉的选择是非常重要的,直接影响到抛光效率和最终的表面质量。新的抛光LBO晶体的方法,其抛光过程是一个化学机械过程,抛光盘、抛光粉和抛光材料相互作用。选用两种抛光盘(培纶和聚氨酯盘),三种较软的抛光磨料(CeO2,Al2O3和SiO2胶体),并在LBO晶体的(001)面进行抛光实验。用原子力显微镜测量和分析了表面粗糙度。结果表明,使用聚氨酯盘和SiO2胶体能够获得无损伤超光滑的LBO晶体表面,其表面粗糙度的RMS为0.3nm。

亚纳米级抛光加工实验室的管理与维护

亚纳米级抛光是获得超光滑表面的主要方法。目前,常用的亚纳米级抛光方法有化学机械抛光(CMP)、电化学机械抛光(ECMP)、无磨料化学机械抛光(AP-CMP)、磁流变抛光(MRP)等。亚纳米级抛光质量受抛光液、抛光条件和抛光环境等诸多方面的影响。抛光实验室的抛光环境是超光滑表面的重要影响因素之一,必须对抛光环境的各个方面加以科学管理和维护。