[发明专利]一种大曲率光学元件曲率半径控制方法

说明书

本发明公开了一种基于薄膜应力精确控制大曲率光学元件曲率半径的加工方法。这种控制方法是传统光学加工技术与镀膜技术相结合的方法，可以实现光学元件曲率半径大小的精确控制，特别利用了薄膜应力特性，将这种薄膜镀制到光学元件表面上，薄膜应力可以改变元件曲率半径，最终达到精确控制光学元件曲率半径的目的。同时该发明优势在于，在不影响元件的光学特性的前提下，根据薄膜厚度与应变的线性关系，通过沉积不同厚度的薄膜可以精确控制不同曲率半径的光学元件。该发明可以有效减少生产时间，提高效率。

技术领域

本发明属于光学元件曲率半径控制领域。特别是涉及一种基于薄膜应力精确控制大曲率光学元件曲率半径的加工方法，特别利用了薄膜应力特性，将这种薄膜镀制到光学元件表面上，薄膜应力可以改变元件曲率半径，将这种薄膜镀制到光学元件表面上达到精确控制光学元件曲率半径的新方法。

背景技术

大曲率半径光学元件(曲率半径R1000mm)除了汇聚光束、调节光路外，往往还在光路系统中承担着稳定光路、改善光束输出质量的作用，因此它在环形激光器(激光陀螺)、同步辐射加速器、光学振荡器等领域中有着广泛应用。这些应用对大曲率半径光学元件面形精度(低频误差)的要求越来越高，如在环形激光器中要求高面形精度(＜λ/5)。目前光学元件曲率半径精度一般是通过控制研抛过程中的光圈来实现的，但随着元件曲率半径变大，曲率半径精度对光圈的敏感度不断增加，通过控制光圈来调整曲率半径的方法难以保证大曲率半径的光学元件曲率半径精度。

根据文献报导我们知道，离子束溅射法制备的薄膜具有很高的应力，尤其是双离子束溅射技术制备的SiO₂单层膜，由于在薄膜沉积过程中辅助离子源对沉积在基片上的薄膜进行轰击夯实，SiO₂薄膜会产生非常高的应力。高的应力会严重引起基片曲率半径的变化。因此利用这个性质，我们可以精确控制基片曲率半径的大小。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了薄膜应力控制光学元件曲率半径的新方法。本发明适用于所有大曲率半径光学元件。该方法操作简单，加工精度高。

本发明采用传统光学加工技术与镀膜技术相结合的方法精确控制光学元件曲率半径大小，特别利用了薄膜应力特性，完成大曲率光学元件曲率半径精确控制；

一种大曲率光学元件曲率半径控制方法由以下几个子步骤组成：原料准备、光学粗加工、计算应力控制层(薄膜)厚度、镀制应力控制层。

1)提供待加工光学元件，经细磨、粗磨等工序得到原料；

2)利用传统和数控加工方法粗加工光学元件，测量并计算出实际曲率半径与目标曲率半径的差值，即ΔR＝R_target-R_real；

3)确定薄膜应变与厚度的关系，并计算相应的薄膜厚度；

4)将已加工的元件镀膜处理，薄膜厚度与ΔR相关，完成大曲率光学元件曲率半径精确控制。

这种控制方法是传统光学加工技术与镀膜技术相结合的方法，可以实现光学元件曲率半径大小的精确控制，特别利用了薄膜应力特性，将这种薄膜镀制到光学元件表面上，薄膜应力可以改变元件曲率半径，最终达到精确控制光学元件曲率半径的目的。同时该发明优势在于，在不影响元件的光学特性的前提下，根据薄膜厚度与应变的线性关系，通过沉积不同厚度的薄膜可以精确控制不同曲率半径的光学元件。该发明可以有效减少生产时间，提高效率。

本发明优点:

1)与传统或数控加工光学元件相比，本技术将传统或数控加工结合薄膜应力控制的方法控制光学元件曲率半径，可以实现精确控制光学元件曲率半径的目的。

2)本技术在不影响光学元件的光学特性的前提下，可以有效减少生产时间，提高效率。

3)本技术操作简单，适用范围广，为前期的传统或数控光学加工提供了更大的加工空间，且工艺可重复性强。