针对脆性石英玻璃的微加工, 利用自主研发的金刚石砂轮微尖端修整工艺, 研发了光纤阵列石英玻璃微V槽磨削技术。分析了60°的微V槽形状偏差对光纤耦合损耗的影响, 然后, 研究了砂轮微尖端的误差补偿修整工艺。最后, 实验分析了微V槽的磨削精度。理论分析显示: 微V槽角度、间距和宽度的偏差分别控制在±0.42°、±1.04 μm和±1.2 μm以内时, 耦合损耗小于0.5 dB。实验结果表明: 开发的数控磨削工艺可加工高精度的60°微V槽阵列; 采用数控轨迹和角度补偿修整后, 砂轮微尖端半径可平均达到10.46 μm, 角度精度为(60±0.22)°; 对石英玻璃进行微磨削后, 微V槽的角度偏差达到0.4°, 尖端半径为10.5 μm, 宽度偏差为0.3 μm, 间距偏差为0.5 μm, 可保证光纤阵列的精密对接。

用白光干涉检测(WLI)法检测微结构表面形貌时, 其光滑结构面和边角数据很容易丢失, 因此本文提出了自适应方向WLI检测法。该方法分别沿着每个微斜面法向进行自适应方向检测, 评价分析其面形、特征轮廓和特征点的加工精度。首先, 采用#3000金刚石砂轮微细尖端在Si表面加工出高度为50 μm、宽度为56 μm且光滑的微锥塔结构。然后, 利用四次检测点云对微磨削表面进行拼接与重建。最后, 分析面形误差、特征轮廓误差和特征点误差。实验显示: 自适应方向WLI检测可以重构出完整的微锥塔结构表面, 微磨削的面形误差为5.3 μm, 表明该微磨削技术可以确保微锥塔结构光滑Si表面的加工精度。但是, 对微锥塔结构表面特征轮廓误差及特征点误差的评价表明, 特征轮廓误差高达7.7 μm, 而特征点误差约为15 μm, 约为面形误差的3倍。分析认为这些误差是由微金刚石砂轮V形尖端磨钝及微磨粒钝化造成的。