1 西安工业大学 光电工程学院 陕西省薄膜技术与光学检测重点实验室，陕西 西安 710021
2 中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209
衍射光学元件在光学系统中的应用越来越广泛，对衍射结构的加工质量提出了更高的要求。单点金刚石车削可直接加工出高精度衍射微结构表面，但衍射结构的位置误差和表面质量对其光学性能有较大影响。为了提高衍射光学元件的性能，需要精确控制其车削误差。基于此，分析了影响衍射元件加工质量的因素，建立了揭示位置误差、衍射面形状和刀具半径之间的关系的数学模型，揭示了衍射带位置精度影响规律。通过补偿加工提升基底表面质量来提高衍射曲面面形精度。结合仿真模型与粗糙度影响参数，指导车削刀具半径的选取。最后，基于仿真结果，选择半径为0.02 mm的半圆弧刀具加工，最终加工的衍射元件面形误差为292 nm，衍射环带位置误差最大为55 nm，高度误差最大为16 nm，粗糙度为5.6 nm。实验结果表明，该预测模型可以指导衍射光学元件高精度表面形貌的获取，有利于提高光学系统的成像质量，为高精度衍射光学元件的批量生产提供了技术支持，具有广泛的工程应用价值。
衍射光学元件 环带位置误差 刀具半径 单点金刚石车削 diffractive optical elements band position accuracy tool radius single point diamond turning 红外与激光工程
2023, 52(3): 20220504
中国电子科技集团有限公司第十一研究所, 北京 100015
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。
锑化铟 单点金刚石车削 背减薄 InSb single-point diamond turning back-thinning
1 云南北方光学科技有限公司，云南昆明 650200
2 昆明理工大学机电工程学院，云南 昆明 650500
为解决单点金刚石车削技术（single-point diamond turning，SPDT）应用于大口径大弦高非球面铝反射镜加工中遇到的车床导轨行程、工作台回转容积受限和加工质量较低的问题，针对?682mm 口径、弦高220 mm 的凹非球面铝反射镜加工，首先，提出基于SPDT 的三轴联动加工方法，在两轴加工基础上加入旋转B 轴进行协同加工，使得导轨行程和工作台回转容积能够满足加工需求。然后，设计专用笼状夹具，并通过有限元法研究支撑杆数量、杆径、上下连接板厚度参数对夹具-工件形变特征的影响，通过极差和方差分析研究不同因素对夹具-工件最大变形量影响的显著性，得到一组最佳夹具设计参数组合，即夹具支撑杆数量为24，杆径为22mm，上下连接板厚度为25mm。最后，将铝反射镜固定在优化后的笼状夹具上，通过三轴联动加工实现了对?682 mm 口径非球面铝反射镜的加工。对调刀件的检测结果表明：调刀件面形精度Pv 值为0.6 ?m，表面粗糙度Ra 约为10.1 nm，可认为682mm 口径非球面铝反射镜的面形精度和表面粗糙度均达到使用要求。本研究能够为同类大口径大弦高非球面反射镜的加工提供一定的理论基础和加工工艺技术参考。
大口径反射镜 单点金刚石车削 三轴联动加工 表面质量 large aperture mirror, single point diamond turnin
红外与激光工程
2020, 49(7): 20200212
单点金刚石车削技术广泛应用于红外脆性晶体材料光学表面的加工。然而, 受车削参数、材料特性、刀具参数等多因素的影响, 将会导致车削表面质量的不均匀。为了获得更为均匀优质的表面质量, 在分析单点金刚石车削影响因素的基础上, 提出了等距恒速的车削方法。详细介绍了等距恒速车削的原理, 分析了车削参数的确定过程, 得到了等距恒速车削的工件转速和进给速度曲线。最后应用一CVD ZnS 材料进行了车削试验, 获得了该材料车削最佳的线速度, 应用此参数进行车削, 得到了均匀优质的车削表面, 整体表面粗糙度由Ra=6.4 nm降低到了Ra=4.1 nm。
红外晶体 等距恒速 单点金刚石车削 infrared crystal Evenly tool marks Space and Constant linear Veloci Single Point Diamond Turning(SPDT) 红外与激光工程
2019, 48(7): 0742001
长春理工大学光电工程学院, 吉林 长春 130022
Q-type非球面广泛应用于光学系统设计中,针对Q-type非球面超精密加工过程中的面形检测问题,提出了一种MATLAB软件与Taylor Horbson PGI-1240非球面轮廓仪相结合的方法,以达到对Q-type非球面进行高精度检测的目的。检测结果表明,由Nanoform 700 Ultra单点金刚石超精密车床加工的全口径为11.8 mm的单晶铜Q-type非球面面形误差峰谷(PV)值为0.1963 μm,表面粗糙度方均根(RMS)值为0.03412 μm,满足加工第一阶段面形误差PV值<0.2 μm和表面粗糙度RMS值<0.04 μm的要求。此检测方法可以精确得到工件面形误差,为下一阶段车削加工提供数据支持。
测量 Q-type非球面检测 MATLAB 非球面轮廓仪 单点金刚石车削 激光与光电子学进展
2019, 56(15): 151201
西安工业大学 光电学院 陕西省薄膜技术与光学检测重点实验室, 陕西 西安 710021
为了在光学薄膜中引入连续轮廓的微结构, 综合利用薄膜的干涉效应与微结构的折反射、衍射效应, 提出一种薄膜光学微结构的制备工艺。基于时域有限差分方法设计了具有可见光波段减反射特性的薄膜光学锥形光栅; 采用单点金刚石车削技术, 结合纳米压印与电感耦合等离子体刻蚀技术, 在SiNx薄膜中制备出高1.6 μm, 周期4.1 μm的锥形光栅; 在可见光波段, SiNx薄膜光学锥形光栅的平均反射率为5.7%, 反射率的实验检测结果与仿真计算结果达到很高的一致性; 当入射光角度在30°以内, 薄膜光学锥形光栅的减反特性表现出对光波入射角度的不敏感性。该制备工艺突破了单点金刚石车削技术的材料局限, 将连续轮廓的微结构的直接形成工艺拓展至介质薄膜当中, 实现了宽光谱、宽入射角度的减反射。
薄膜光学微结构 锥形光栅 单点金刚石车削 纳米压印 减反射 thin film optical microstructure tapered grating single point diamond turning nanoimprint lithography anti-reflection
复旦大学光科学与工程系超精密光学制造工程研究中心, 上海 200433
介绍了含有谐衍射面的单片式胶囊内窥镜的设计方法。系统工作波段为0.486~0.656 μm，视场角为116.2°，光学系统总长为2.4 mm。另外，设计了含有3个球面透镜的胶囊内窥镜和含有非球面的单片式胶囊内窥镜，并和含有谐衍射面的单片式胶囊内窥镜进行了比较。结果表明，含有谐衍射面的单片式胶囊内窥镜可以达到含有3个球面透镜的胶囊内窥镜的成像质量，外形结构和含有非球面的单片式胶囊内窥镜一样简单。系统在频率40 lp/mm处的调制传递函数大于0.6。
光学设计 胶囊内窥镜 谐衍射 衍射光学元件 单点金刚石车削 激光与光电子学进展
2012, 49(12): 122203
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 应用光学国家重点实验室，吉林 长春130033
介绍了单点金刚石车床概念，总结回顾了单点金刚石车床在**和商业领域内的发展状况，给出了目前商用单点金刚石车床的典型产品。对单点金刚石车床的关键零部件和核心技术，如空气静压主轴、液压导轨、直流电机、对刀装置、误差补偿和自适应控制等进行了分析。最后，介绍了适宜单点金刚石车削加工的材料，分析了快刀伺服和慢刀伺服在光学元件中的应用以及所加工的光学元件在**和商用光电产品中的应用，并以主次镜望远镜系统和精密光学系统无调整装配为例，说明了单点金刚石车削在光电产品中的重要作用。
超精密机床 单点金刚石车削 光学元件 ultra-precision machine Single Point Diamond Turning(SPDT) optical component
