[发明专利]一种子孔径中心供液光学元件表面系列加工工艺

说明书

本发明公开了一种子孔径中心供液光学表面系列加工工艺，该系列加工工艺是基于流体动压原理从毛坯表面到超光滑表面的系统性工艺方法，主要包括流体动压固结磨料磨抛工序、中心供液小磨头抛光工序以及盘式流体动压抛光工序。所述的子孔径中心供液光学表面加工工具包含有弹性联轴器、抛光盘、抛光垫，柔性联轴器两端分别连接抛光盘和旋转轴，在同一加工工具上通过更换不同的磨抛垫和抛光垫，以实现光学表面低频、中频及高频误差的逐次递归的抑制过程。同时，为获得高质量、低损伤的超精密光滑表面，不同磨抛抛光垫的组合应用，将前序工艺抛光表面后表明残余的亚表面损伤层去除同时不再形成新的亚表面损伤，经过多次加工使亚表面损伤降低至最小。

技术领域

本发明属于光学元件加工领域，是一种基于流体动压原理的超光滑光学元件表面系列加工工艺，特别是一种涉及光学元件表面从磨削后表面到超光滑表面加工的系统工艺技术。

背景技术

光学玻璃由于其具有透明性高、光学均匀性、化学性能稳定等特性，被广泛应用于航天,信息,能源,化工,微电子等领域。随着光学技术的蓬勃发展和光学材料应用的日益广泛，对光学元件的表面质量提出了更高的要求。特别针对于高功率激光装置系统，微型机电系统等大型的光学系统，对元件的表面质量和加工效率要求极为苛刻，微米级的加工精度以及纳米级的表面粗糙度已经成为了日常的生产需求。因此，如何在加工过程中获得更高质量，更高效率的光学元件成为了目前急于待解决的问题。

为了满足现代先进光学技术的应用需求，光学元件加工技术需要具备加工精度高、周期短、成本低等特征，精度、效率、成本已经成为衡量光学加工技术的重要指标。为了获得高质量的光学玻璃、硅片、砷化镓等硬脆性材料通常进行的超精密加工方法是磨抛和抛光。每一道工序对加工精度和去除效率的要求都有所不同。在实际加工过程中，通常需要结合使用多种抛光工艺和方法。例如，通常在磨抛阶段使用材料去除效率较高的应力盘抛光和传统小磨头抛光，在精抛和面形修整阶段使用面形控制能力更强的磁流变抛光，而在超光滑表面加工方面通常使用高能离子束抛光方法。现有的抛光工艺技术路线表面单一的抛光方法无法支撑光学元件的整体加工流程，这就造成了在实际制造过程中不同工艺之间的转换增加了困难，从而影响加工效率，并且多次装卡工件或工具造成的定位基准改变等，造成加工精度和加工效率的下降。

基于以上问题，公开日为2018年3月2日，公开号为CN 107745324A的中国发明专利披露了一种光学玻璃表面成型方法，主要是基于中心供液小磨头抛光工具作为磨抛和抛光工具来加工光学玻璃工件；虽然该方法能够有效降低玻璃表面成型时间和加工精度，而且有利于提高加工效率。然而，随着现代光学技术的发展，一方面不仅对光学元件表面精度具有较高的要求，而且同时也提出对加工后光学元件表面的亚表面损伤和光学元件表面在全频段内误差都能得到有效控制。根据大口径光学元件加工技术要求和国际标准(ISO10110)对大口径非球面光学元件在其低频误差(波长大于33mm)、中频误差(波长介于0.25至33mm之间)以及高频误差(波长小于0.25mm)均需要得到有效控制才能满足其光学使用性能。否则，其高频和低频误差会引起球差、像差、畸变等成像影响光学的成像质量，而高频误差在强光光学元件应用中会引起能量的损失。上述光学玻璃表面成型方法中主要针对的光学元件表面面型加工工艺和方法，而缺乏对大口径非球面光学元件表面从低频到高频的全频段内误差的有效控制和加工后表面损伤抑制能力。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提出一种子孔径中心供液光学元件表面系列加工工艺与工具，该方法基于中心供液流体动压原理，将中心供液子孔径加工工具应用于大口径光学元件从磨削后表面到超光滑表面的加工方法。该方法在同一加工工具上通过更换不同的磨抛垫和抛光垫，以实现光学元件表面低频、中频及高频误差的逐次递归的抑制过程。同时，为获得高质量、低损伤的超精密光滑表面，不同磨抛抛光垫的组合应用，将前序工艺抛光表面后表明残余的亚表面损伤层去除同时不再形成新的亚表面损伤，经过多次加工使亚表面损伤降低至最小。