离子束加工中全频段误差的演变

在空间光学、光刻物镜、惯性约束聚变及强光系统等领域的高精密光学元件制造过程中,采用基于小磨头抛光原理的修形技术,虽然能有效去除面形低频误差,但对中高频误差难以修正。为了达到有效控制全频段误差的目的,文章以直径420mm的非球面为样件,在离子束抛光机床上进行不同频段误差的修形收敛试验。针对光学元件面形误差在不同频段的特性,以面形误差频段均方根及梯度均方根指标作为评价参数,分析各频段误差产生的原因,探索离子束工艺参数及其他因素与各频段误差间的对应关系。通过4轮离子束迭代加工后,样件全频段面形误差均方根值从34.973nm收敛到6.025nm,梯度均方根值由0.091λ/cm收敛到0.061λ/cm(λ=632.8nm)。试验结果表明:通过优化离子束的工艺参数,可显著提升光学元件的全频段面形精度,实现频段误差在不同评价参数下的同步收敛。频段均方根及梯度均方根指标可作为评价全频段面形误差变化的标准,对光学加工具有参考价值。

高精度离轴非球面透镜的制造与检测

针对强激光系统所需大口径非球面元件高精度、批量化的加工需求,提出了一种气囊抛光技术与柔性沥青小工具抛光技术相结合的大口径非球面元件高效制造方法。采用气囊抛光技术进行非球面保形抛光和快速修正抛光,实现磨削缺陷层快速去除以及低频误差快速修正。采用柔性沥青工具匀滑抛光技术,在低频误差不被恶化的情况下,控制元件中高频误差。在抛光过程中,利用球面干涉仪搭建的自准直波前干涉检测系统和粗糙度仪对非球面元件进行全频段误差检测。基于上述加工与检测方法完成了430 mm×430 mm口径离轴非球面透镜样件实验加工,实验结果为元件通光口径内透射波前PV=0.1λ,GRMS=5.7 nm/cm,PSD1 RMS=1.76 nm,PSD2 RMS=1 nm,Rq=0.61 nm,并且中频段功率谱密度曲线均在要求的评判曲线之下。实验结果表明,离轴非球面透镜样件全频段指标均达到了合格指标要求。所述制造方法也适用于其他类型大口径非球面光学元件的高精度加工。