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光學零件的超精密加工技術(shù)分析
核聚變、大型非球面和共形光學零件的超精密加工技術(shù);將超精密切削、磨削、計算機數(shù)控拋光和連續(xù)拋光技術(shù)結(jié)合起來,成功地應(yīng)用于激光核聚變光學零件的超精密、批量制造;分析了研制大型非球面光學零件超精密加工裝置應(yīng)該解決的關(guān)鍵問題,并提出了解決方法。
關(guān)鍵詞：光學零件 非球面 共形光學 超精密加工
超精密加工技術(shù)廣泛應(yīng)用于國家重大型號工程，例如激光核聚變磷酸二氫鉀( Potassium Dihydrogen Phosphate ，KDP) 晶體及聚焦透鏡，航天某型號大型平面反射鏡，國家重點型號大型拋物面鏡以及大天區(qū)面積多目標光纖光譜天文望遠鏡( The Large Sky Area Multi-Object Fiber Spect roscopic Telescope ， LAM-OST) ，國家重大科學工程中的反射鏡等。為獲得高質(zhì)量影像，縮小體積，減輕重量，很多武器裝備都采用非球面光學零件；為進一步提高視場與分辨率的發(fā)展需要，光學零件的尺寸也愈來愈大；為減小武器的運動阻力及提高武器的隱身性能，現(xiàn)有的發(fā)展趨勢是使用共形光學(Conformal Optics) 零件代替球面光學零件。
1 激光核聚變光學零件超精密加工技術(shù)
我國正在研制的激光核聚變裝置需要大量的高精度、大口徑光學元件，要按期、保質(zhì)、保量地制造這些光學元件，必須突破現(xiàn)有的工藝水平，采用的*光學制造技術(shù)。借鑒美國國家點火裝置(National Ignition Facility ，NIF) 的經(jīng)驗，結(jié)合我國的實際情況，將超精密加工技術(shù)應(yīng)用到激光核聚變光學元件的精密制造中。
1.1 大口徑平面光學元件超精密加工
激光核聚變裝置中的光學元件大多數(shù)是矩形、方形或多邊形的，同圓形元件相比，這些元件的加工具有明顯的邊緣效應(yīng)(特別是角上) 。就目前的技術(shù)水平而言，要達到工程所要求的透射波前( P - V 值( Peak to Valley ，即峰- 谷值) ， λ/ 6 ) 和反射波前( P - V 值，λ/ 4) 是比較困難的，必須采用*制造技術(shù)。
大量試驗證明，電解在線修整磨削法( Elect rolytic In-Process Dressing ，EL ID) 的生產(chǎn)效率明顯高于傳統(tǒng)研磨工藝，該工序有望取代傳統(tǒng)拋光前的粗加工———銑磨和粗拋，的缺點是精度略低(相對于精密拋光) 。
使用小工具數(shù)控拋光加工340 mm ×340 mm ×60 mm的平面反射鏡，初始反射波前誤差為3. 5λ( P -V 值，λ = 0. 632 8μm) ，經(jīng)過僅30 h 的拋光，反射波前誤差P - V 值收斂至0. 26λ ，均方根值為0. 035 λ ，如圖1 所示(圖中標尺列出的“+ 、- ”值應(yīng)當用不同的色彩表示，黑白照無法區(qū)分，只是一個示意圖) 。從圖中明顯地看到通常所說的“碎帶”誤差，在強激光系統(tǒng)中，這種高頻誤差必須嚴格控制。因此這種工藝方法不能作為強激光系統(tǒng)光學元件的終加工。