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中科院光電所磁流變拋光液研究獲進展
來源: 發布時間:2018-01-19332

超精密磁流變拋光(Magnetorheological Finishing,MRF)技術自1998年被美國QED公司成功研制之后,其無應力、無亞表面損傷、柔性剪切去除等特性受到國內外眾多科研單位的青睞,與離子束加工技術(Ion beam figuring,IBF)共同被認為是近30年來光學加工領域最為創新的兩大技術。而柔性剪切磁流變拋光液、高效去除算法的校正與補償是磁流變工藝技術的主要核心,美國QED公司在該領域對外實行技術封鎖。
 
  光學加工是一項極其復雜的工藝過程,隨著現代精密光學系統對光學元件面形精度、光潔度、粗糙度等要求的不斷提升,傳統光學加工技術已不能完全適應當前光學系統的發展趨勢。近期,中國科學院光電技術研究所超精密光學技術及裝備總體部鐘顯云帶領的精密光學加工課題組在國家重大專項課題的支持下,先后突破了雙相基載磁流變拋光液的研制技術以及基于Bayesian迭代的拋光斑校正與補償算法,并在現有的MRF設備上成功解決研究所多塊高難度光學元件的精密制造。
 
  由于光學材料性能存在差異,磁流變對不同材料的去除機理及效率也不盡相同。課題組對磁流變拋光液進行了多年的理化分析及實驗測試,對拋光液的成分及比例做不同程度的調整,共完成了三種雙相基載磁流變拋光液的研制,分別適用于Fused Silica、Zerodur等常規光學玻璃材料、Si、CaF2、ZnSe等軟性材料、Rb-SiC,S-SiC等硬性材料。開發的基于Bayesian迭代的拋光斑校正與補償算法,有效地對光學元件低頻誤差(f>8mm-1)確定性去除,并有效抑制了中頻誤差,低頻收斂精度由75%提升為93%,中頻誤差由4nm-6nm抑制在1nm以內。
 
  課題組開展的磁流變工藝技術驗證了光學元件納米精度制造(平面:rms1.7nm,f/1球面:rms1.8nm),并成功解決了超薄窗口、輕量化結構非球面主鏡(ULE材料)以及超薄自適應變形次鏡(Si材料)等高難度元件加工,同時解決了照明系統CaF2凹凸錐超光滑加工(凸錐面Rq:0.4nm,凹錐面Rq:0.7nm)以及物鏡系統非球面納米精度、超光滑加工(Rq:0.21nm-0.3nm)。
 
  相關研究成果發表在SPIE、Optical Engineer上,并已完成8項專利申請。
 
  編輯點評
 
  磁流變拋光技術是利用磁流變拋光液在磁場中流變性進行拋光的一種超精密加工方法,具有磁特性、流變性和穩定性等特點。柔性剪切磁流變拋光液和高效去除算法的校正與補償作為核心技術一直被國外企業所壟斷。中科院光電技術研究所在該領域的突破打破了國外企業的壟斷,讓世界看到了中國科研人員在該領域的努力,看到了中國在精密儀器領域的崛起。
 

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