光学元件磨抛加工亚表面损伤分析与检测技术研究

摘要

随着光学科学领域的迅速发展，光学系统越来越精密，对光学元件的质量要求也在逐渐严格，不仅仅是要求其具有很好的表面光滑度，还要求不能存在亚表面损伤。在磨抛加工过程当中，光学元件将不可避免地会产生亚表面损伤，从而直接降低整个光学系统的成像质量、抗激光损伤阈值和持久稳定性等重要指标。因此，对光学元件磨抛光加工亚表面损伤的有效检测十分有利于确定后续步骤中的材料去除量以达到低亚表面损伤的目的。本文分析了光学元件磨抛加工亚表面损伤的产生机理，采用HF恒定化学蚀刻速率法和HF分阶蚀刻观测法对K9玻璃磨抛加工产生的亚表面损伤深度进行了测量，并结合光学材料亚表面损伤深度预测模型探讨了光学元件加工亚表面损伤的影响因素。主要研究内容包括:
　　1.综合分析了光学材料的机械特性和磨抛加工亚表面损伤的产生机理，为测量磨抛加工亚表面损伤深度提供了理论基础。
　　2.基于HF恒定化学蚀刻速率，结合光学显微镜观测建立了一种HF分阶蚀刻观测法，并应用到光学元件磨削加工亚表面损伤的测量中。
　　3.比较金相显微镜、扫面电子显微镜、原子力显微镜的实验结果，改进HF分阶蚀刻观测法对光学元件抛光加工产生的亚表面损伤进行了有效的测量。
　　4.实验讨论加工参数对光学元件磨削加工亚表面损伤的影响，提出了一种可以有效降低亚表面损伤的加工方法。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 破坏性检测技术

1．2．2 非破坏性检测技术

1．3 课题主要研究内容

第二章 光学元件磨抛加工亚表面损伤的理论基础

2．1 光学元件的材料特性分析

2．2 光学元件磨抛加工过程分析

2．2．1 光学元件磨削加工过程分析

2．2．2 光学元件抛光加工过程分析

2．3 光学元件磨削加工亚表面损伤产生机理

2．3．1 裂纹产生机理

2．3．2 残余应力产生机理

2．4 光学元件抛光加工亚表面损伤产生机理

2．5 本章小结

第三章 磨削加工亚表面损伤分析与检测

3．1 HF恒定化学蚀刻速率法原理

3．1．1 HF恒定化学蚀刻速率法的化学基础

3．1．2 HF恒定化学蚀刻速率法的物理基础

3．2 HF分阶蚀刻观测法原理

3．3 HF分阶蚀刻观测法测磨削加工亚表面损伤的实验研究

3．3．1 试件制备

3．3．2 HF分阶蚀刻

3．3．3 亚表面损伤形貌观测及深度测量

3．4 化学蚀刻速率法与分阶蚀刻观测法对比实验研究

3．5 本章小结

第四章 抛光加工亚表面损伤分析与检测

4．1 HF恒定化学蚀刻速率法测抛光加工亚表面损伤

4．1．1 试件制备

4．1．2 HF恒定化学蚀刻速率法实验

4．2 HF分阶蚀刻观测法测抛光加工亚表面损伤

4．2．1 试件制备

4．2．2 HF分阶蚀刻结合金相显微镜观测法

4．2．3 HF分阶蚀刻结合扫描电子显微镜观测法

4．2．4 HF分阶蚀刻结合原子力显微镜观测法

4．3 本章小结

第五章 光学元件磨削加工亚表面损伤影响因素探究

5．1 光学材料亚表面损伤深度预测模型

5．2 亚表面损伤影晌因素实验探究

5．2．1 试件磨削加工参数

5．2．2 分阶蚀刻实验

5．2．3 实验步骤

5．3 数据分析

5．3．1 实验结果及理论计算值

5．3．2 数据对比

5．3．2 结果分析

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

硕士期间科研成果