【摘 要】
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随着现代光学系统性能的日益发展,空间目标识别、激光物理聚变、国防武器装备以及紫外和深紫外光刻等技术对超精密光学器件的要求愈来愈高。传统的抛光方法如小磨头、应力盘及气囊等方法,因在抛光过程中存在抛光头与工件的接触导致元件表面损伤、抛光工具磨损等缺陷,且收敛速度慢、存在边缘效应,不能满足现代光学系统的要求。离子束抛光作为无接触式抛光技术,采用离子束流取代了接触式抛光头,通过离子源产生离子束流,依靠离子
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随着现代光学系统性能的日益发展,空间目标识别、激光物理聚变、国防武器装备以及紫外和深紫外光刻等技术对超精密光学器件的要求愈来愈高。传统的抛光方法如小磨头、应力盘及气囊等方法,因在抛光过程中存在抛光头与工件的接触导致元件表面损伤、抛光工具磨损等缺陷,且收敛速度慢、存在边缘效应,不能满足现代光学系统的要求。离子束抛光作为无接触式抛光技术,采用离子束流取代了接触式抛光头,通过离子源产生离子束流,依靠离子的物理溅射来对工件进行抛光,其独特的去除方式,避免了由于接触加工产生的诸多问题,离子束抛光有着原子量级的材料去除精度,且具有面形收敛快、适应性好等诸多优点。离子束抛光作为光学元件超精密加工的最后一道工序,决定了光学元件所能达到的最高精度,在离子束抛光过程中去除函数的稳定是保证元件高精度的前提。本文首先以去除函数为研究对象,探究离子束抛光过程中去除函数的稳定性以及各参数对离子束流的影响,研究不同加工参数下光学元件表面粗糙度的演变规律,探究改善表面粗糙度的方法,并对离子束加工工艺进行系统研究。论文的具体内容如下:1.离子束抛光材料去除机理分析与去除函数模型的构建。分析抛光过程中离子束对元件材料的去除机理,构建基于西格蒙德溅射理论的去除函数理论模型,研究去除函数的性质与特点,系统地分析影响去除函数特性的因素。2.离子束抛光去除函数稳定性与束流特性研究。研究通过法拉第扫描的方法获取离子束流信息,并采用线扫描实验方法求得去除函数信息,对比分析离子束流分布信息与去除函数之间的关系,构建基于法拉第扫描的去除函数稳定性研究方法。采用此方法计算求取去除函数特征量来研究去除函数的稳定性,并分析不同工艺参数对离子束流的影响。3.研究离子束抛光元件表面微观形貌的演变规律。基于离子溅射理论与表面扩散机理研究离子束抛光过程中材料表面的粗糙与光滑特性,通过实验研究不同离子束能量、入射角度、离子束径下元件表面粗糙度的演变规律,探究可以改善元件表面粗糙度的工艺参数,并进行离子束均匀刻蚀提升元件表面质量。4.离子束抛光工艺实验。分析离子束加工的工艺流程,研究加工过程中驻留时间的计算方法,采用已验证稳定性的工艺参数,选取直径为100mm的熔石英光学元件进行加工,加工后元件表面面形PV值由0.78λ（λ=632.8nm）达到0.16λ,RMS值由72.39nm达到16.64nm,满足光学超精密加工的要求。
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