[发明专利]一种单晶硅柱面元件的加工方法

说明书

本发明涉及光学超光滑加工领域，具体是一种单晶硅柱面元件的加工方法，利用古典抛光方法加工超光滑平面元件，经超声清洗后，使用大气等离子体抛光设备进行柱面成型，精修面形，多次迭代抛光，最终完成柱面元件的加工，解决了传统柱面镜加工中无法兼顾高精度与超光滑加工的问题。

技术领域

本发明属于光学超光滑加工领域，涉及大气等离子体加工柱面元件，尤其是对抛光后的平面光学元件进行柱面快速高精度超光滑成型的方法。

背景技术

柱面镜是一种特殊的非球面镜，具有独特的光学成像性能。高精度柱面镜和柱面系统在同步辐射光源、聚焦系统、电影摄像镜头、激光打印机、激光整形系统等装置上有着越来越广泛的应用。以单晶硅基底的柱面镜可组成K-B镜掠入射系统，用于同步辐射光源中的光束聚焦，其加工难度极大。

传统柱面镜的加工方法为柱面粗磨成型、柱面细磨、柱面粗抛、柱面精抛修形四个阶段，主要思路是先成型柱面，后进行抛光。其加工难度大、效率低。超光滑加工的主要技术为浮法抛光、浴法抛光、古典抛光加工等技术，主要适用于平面元件，所以说平面元件相比于柱面等非球面元件来说更易获得超光滑表面。高精度修形阶段目前多使用以小工具物理去除方式为主的数控抛光设备，要达到表面粗糙度Rq＜0.5nm是极为困难的。所以传统加工方式无法同时兼顾高精度和超光滑的加工要求。

发明内容

本发明的目的在于提出一种单晶硅柱面元件的加工方法，该方法可以实现单晶硅基底柱面镜的高效、高精度、超光滑加工，有利于提高光学柱面元件的加工面形精度和加工效率，并极易获得超光滑表面，满足元件的使用需求。

本发明的技术解决方案如下：

步骤一：对高纯度(99.99999999999％)的单晶硅平面元件坯料进行平面加工处理，得到面形PV值0.5-1λ，粗糙度Rq小于0.3nm的平面抛光元件；

步骤二：将根据实际柱面元件尺寸和半径计算得到的理论面形与步骤一得到的平面元件实际面形相减得到残余误差。并根据残余误差计算出驻留时间；

步骤三：将步骤一得到的平面抛光元件进行超声清洗，清除表面残留的抛光粉等杂质，清洗后表面无大于1μm颗粒残留；

步骤四：将步骤二得到的驻留时间导入大气等离子体抛光机，对步骤三得到的平面元件进行柱面成型，得到单晶硅柱面元件；

步骤五：对步骤四得到的单晶硅柱面元件的面形进行检测，计算残余误差，如符合加工要求，则加工完毕；如不符合加工要求，则返回步骤二，重新计算驻留时间，经步骤三重新超声清洗，步骤四重新加工，反复迭代多次，直到面形达到要求。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

1.本方法是基于大气等离子抛光的方式，为非接触精密抛光的方法，而且抛光时以化学反应为主，去除量大小可调节，可实现大去除量成型和小去除量修形的结合。

2.利用平面元件便于获得超光滑表面的优势，先使元件表面粗糙度Rq达到指标要求，再利用大气等离子体抛光快速去除、精密修形的优点，获得柱面元件。而且由于单晶硅纯度高，硅元素与氟元素反应生成SiF₄等气体释放，没有其他杂质参与反应，所以反应后元件表面不形成残留物，不会破坏原有的表面粗糙度。

3.微米量级的颗粒(如抛光粉、灰尘颗粒)存在于元件表面，经大气等离子体抛光后会在元件表面产生突变，影响元件表面粗糙度Rq的数值，所以每次抛光之前必须进行超声清洗，完全去除表面大于1μm的颗粒。

4.本方法加工方法简单可靠，加工效率和精度都远高于传统方法。

附图说明

图1为本发明单晶硅柱面元件的加工方法实施例的流程示意图；

具体实施方式