基于PSD评价及伪随机轨迹的单晶碳化硅表面粗糙度研究

随着新能源、特高压需求爆发,以单晶碳化硅为代表的第三代半导体技术近几年得到了飞速发展,大口径单晶碳化硅材料制备已经成为现实,相比于目前已成熟应用的RB-SiC材料,单晶碳化硅不需要通过CVD或PVD改性就可以获得1 nm甚至更优的表面粗糙度,在光学元件领域的应用具有广阔前景,但同时加工难度高是亟待解决的问题。为了解决单晶碳化硅材料在光学加工过程中的粗糙度问题,提出了一种基于PSD评价及熵增理论的伪随机轨迹加工改善粗糙度的方法。相较于传统单一的Ra值评价方法,通过引入PSD曲线丰富了粗糙度评价的维度;利用对熵增理论的分析,从理论上讨论了确定性抛光轨迹和伪随机轨迹对粗糙度尺度下累计误差影响的区别。通过对6 in(1 in=2.54 cm)单晶碳化硅进行多轮抛光实验,结果表明:在相同初始粗糙度情况下,确定性轨迹与伪随机轨迹虽均得到了Ra约1 nm的粗糙度值,但PSD曲线可以明显看出确定性轨迹出现了尖峰,而伪随机轨迹则更为平滑。验证了特定采样区间下的PSD曲线作为粗糙度评价手段的有效性,同时论证了伪随机轨迹相较于确定性轨迹在单晶碳化硅材料抛光上的优势。

基于伪随机罗斯轨迹的光学表面中频误差抑制研究

光学表面的中频误差的控制长期以来一直是光学加工中的热点、难点问题。对于接触式的计算机控制光学表面成形技术,传统的加工路径如光栅式路径和螺旋线式路径通常会引入固有的中频误差,而新型的伪随机轨迹对机床的动态性能要求过高,使其难以普遍应用。基于对伪随机轨迹的研究,本文提出了利用伪随机罗斯轨迹对光学表面中频误差进行抑制的方法。在保证加工路径不重合和遍历工件表面的基础上,建立了伪随机罗斯轨迹的参数模型。针对传统的加工路径和伪随机罗斯轨迹进行了工艺对比实验,并对干涉结果进行功率谱密度分析。实验结果表明,三种路径对于低频误差均可以实现有效地抑制,而传统路径对于1/0.07 mm以上的频段误差会则会产生不良的影响,而伪随机罗斯轨迹则对于中频误差可以实现有效地抑制。