为实现大尺寸锑化铟混成芯片的高质量、高成品率背减薄, 介绍了一种单点金刚石车削与磨抛相结合的背减薄工艺。该工艺采用单点金刚石车削技术实现锑化铟芯片大量厚度去除, 然后通过旋转磨削工艺进一步去除车削损伤, 最终实现了1280×1024元(25 m)大尺寸锑化铟混成芯片背减薄(材料表面的半峰宽值约为8.20～11.90 arcsec)。与传统磨削工艺相比, 该工艺对尺寸大、面型差的半导体芯片兼容性强, 解决了大尺寸芯片在传统磨削工艺中因面型带来的裂片率高、减薄厚度不均匀的问题。

Diamond turning based on a fast tool servo (FTS) is widely used in freeform optics fabrication due to its high accuracy and machining efficiency. As a new trend, recently developed high-frequency and long-stroke FTS units are independently driven by a separate control system from the machine tool controller. However, the tool path generation strategy for the independently controlled FTS is far from complete. This study aims to establish methods for optimizing tool path for the independent control FTS to reduce form errors in a single step of machining. Different from the conventional integrated FTS control system, where control points are distributed in a spiral pattern, in this study, the tool path for the independent FTS controller is generated by the ring method and the mesh method, respectively. The machined surface profile is predicted by simulation and the parameters for the control point generation are optimized by minimizing the deviation between the predicted and the designed surfaces. To demonstrate the feasibility of the proposed tool path generation strategies, cutting tests of a two-dimensional sinewave and a micro-lens array were conducted and the results were compared. As a result, after tool path optimization, the peak-to-valley form error of the machined surface was reduced from 429 nm to 56 nm for the two-dimensional sinewave by using the ring method, and from 191 nm to 103 nm for the micro-lens array by using the mesh method, respectively.

为减小模芯的制造误差对模压成型的衍射光学元件（DOEs）光学性能的影响，对具有曲面基底衍射微结构表面的微晶铝合金模芯开展了单点金刚石车削（SPDT）工艺研究。基于遮挡效应和散射效应分析模芯制造误差对DOEs衍射效率的影响，建立刀具半径和刀具偏转角与衍射效率之间的数学关系模型，提出提高加工精度的优化方法。在该方法的指导下进行了衍射光学模芯车削实验，并对比预期衍射效率与实验结果。结果表明：采用该优化方法选择工艺参数能够减小模芯制造误差对衍射效率的影响，提高DOEs的光学性能，为SPDT衍射光学模芯制作提供参考。

KDP晶体在惯性约束核聚变光学系统中具有十分重要的作用, 针对如何制造出满足应用要求的KDP晶体元件仍然是一个难点的问题。进行了采用飞切加工技术对KDP晶体平面元件的加工工艺研究。介绍了飞切加工的技术原理, 以及影响表面粗糙度的因素; 通过相应的工艺实验, 对KDP晶体加工检测过程中可能影响表面粗糙度的各个因素进行了研究。实验结果表明: 金刚石刀具参数、加工参数、以及加工后表面清洁方式都会影响表面粗糙度, 但是金刚石刀具参数对表面粗糙度的影响最大。采用前角为-45°、圆弧半径为5.0mm的金刚石刀具, 以及最优的加工参数, 可以获得表面粗糙度Sa优于1nm的超光滑表面。研究结果对飞切加工KDP晶体平面元件提供了有效的工艺方案, 具有广泛的工程应用价值。

在长波红外波段,InAs/GaSb Ⅱ类超晶格材料具有比碲镉汞材料更优越的性能,因此得到了广泛研究。对InAs/GaSb Ⅱ类超晶格红外探测器芯片的背面减薄技术开展了一系列试验。针对<100>GaSb单晶片进行了单点金刚石机床精密加工、机械化学抛光和化学抛光方法研究,并去除了加工损伤。InAs/GaSb Ⅱ类超晶格红外器件的流片结果表明,长波探测器组件获得了较好的红外成像图片,提高了InAs/GaSb Ⅱ类超晶格长波红外探测器芯片的研制水平。

超精密单点金刚石车削过程中需要对刀具参数进行检测。基于机器视觉原理,采用新型的机械结构设计了新型刀具在线检测系统。通过垂直放置的两组由同轴远心镜头和CMOS相机组成的光学系统来获取车刀刀尖正面及侧面的图像,再经图像处理系统来获取刀具的轮廓及位置信息,完成对刀具轮廓及位置的在线检测,实验验证可实现测量的重复性定位精度达1μm。在线检测的方式借助了超精密车床自身的高精度和运动机构,可以保证相机焦点和机床主轴之间的相对位置关系,弥补了目前刀具检测系统稳定性差和重复性精度低的不足,提高了加工的整体效率。

慢刀伺服(STS)车削技术是加工自由曲面光学元件的一种有效方法。但是在慢刀伺服车削过程中,面形的矢高和口径大小会影响加工精度。针对这种情况,通过研究慢刀伺服车削等弧长法和等角度法的线性化误差趋势,提出了一种先等弧长、后等角度的组合车削轨迹优化方法。为实现车削轨迹的合理规划,对新的车削轨迹衔接点的选取进行了优化设计,利用MATLAB软件以正弦网格曲面为例进行仿真,结果表明该车削轨迹优化方法能够有效提高其面形精度。