[发明专利]一种用于控制非球面元件全频段误差的加工方法

说明书

本发明提供了一种用于控制非球面元件全频段误差的加工方法涉及非球面元件加工技术领域。一种用于控制非球面元件全频段误差的加工方法，其包括磨削成型、保形抛光、修正抛光、匀滑抛光四个步骤。磨削成型：采用超精密磨削方法进行非球面元件的直接成型，同时将亚表面缺陷控制在较低水平；保形抛光：采用高稳定性、高去除效率的子口径抛光技术，实现非球面元件的快速保形抛亮，以去除亚表面缺陷；修正抛光：采用高稳定性的子口径抛光技术快速修正非球面元件低频误差；匀滑抛光：采用匀滑抛光技术，在低频误差不被恶化的情况下，控制非球面元件中高频误差。本发明加工方法的特点在于通过多种技术耦合实现非球面元件全频段误差控制。

技术领域

本发明涉及非球面元件加工技术领域，且特别涉及一种用于控制非球面元件全频段误差的加工方法。

背景技术

大口径非球面元件具有无中心遮拦、可改善像质且简化系统结构等优点，已成为空间相机、极紫外光刻机、超高功率激光装置等大型光学系统的关键元件。随着科技的发展，当前大型光学系统对元件的表面质量和制造效率均提出了远远超越于古典光学系统的要求。以美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室(Lawrence Livermore National Laboratory，LLNL)建立的高功率固体激光器—“国家点火装置”(National Ignition Facility，NIF)为例，整个装置的光学系统使用几百件大口径(米级)非球面元件。由于装置设计要求输出光束质量接近物理极限的强激光束，而系统的光束质量和输出能力在很大程度上取决于所用非球面元件的精度和负载能力。因此，该系统对非球面元件的精度指标和质量要求基本上接近于加工的极限，非球面元件的技术指标要求，如低频误差≤λ/3，中频误差PSD-1：A≤1.01ν^-1.55，RMS≤1.8nm，高频误差≤1.0nm。因此，如何在满足严格技术指标的前提下，稳定可控地生产出大型光学系统所需的大口径非球面元件成为所有大型光学系统建造国家所面临的基本挑战。

传统的大口径非球面元件加工方法为：首先通过铣磨成形、散粒研磨及抛光加工出最接近球面，再利用手工修抛或数控机床由球面加工出非球面。这种基于先抛光加工球面，再由球面加工到非球面的方式具有明显的加工局限性，比如非球面度(球面与非球面偏差)大的元件抛光去除的材料量大，极大影响加工效率；铣磨或研磨过程的缺陷深度较难实现稳定控制，影响后续缺陷去除的加工时间；抛光阶段确定性不足，面形收敛率低，加工周期长等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于控制非球面元件全频误差的加工方法，此方法可提高非球面加工效率，而且可控制全频段误差，有效地提高加工大口径非球面元件最终全频段精度。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

本发明提出一种用于控制非球面元件全频段误差的加工方法，其包括以下步骤：

磨削成型：采用超精密磨削方法进行非球面元件的直接成型，同时将亚表面缺陷控制在较低水平；

保形抛光：采用高稳定性、高去除效率的子口径抛光技术，实现非球面元件的快速保形抛亮，以去除亚表面缺陷；

修正抛光：采用高稳定性的子口径抛光技术快速修正非球面元件低频误差，使非球面元件低频指标达到光学系统使用要求；

匀滑抛光：采用匀滑抛光技术，在低频误差不被恶化的情况下，控制非球面元件中高频误差，使非球面元件中高指标达到光学系统使用要求。

本发明实施例的一种用于控制非球面元件全频段误差的加工方法的有益效果是：