等离子体加工光学表面技术探索

摘要

随着现代科学技术的发展，在许多领域中提出了超光滑表面的要求，尤其是光学材料广泛应用的现代短波光学、强光光学系统和光记录器件等尖端科技领域。这种表面不仅要求表面粗糙度低，而且对表面损伤程度也有严格的要求。各国的科学家做了大量的工作，提出了许多获得超光滑表面的新方法。国外资料显示，等离子体加工光学表面技术是一种新兴的、有潜力的超光滑表面加工技术，它适用于光学元件的超精密加工。较之于传统的抛光技术，该技术的优点在于：非接触加工、精确可控、不产生亚表层损伤、加工不同面形难易程度相当。 本文立足于等离子体加工光学表面技术的基础研究，从科研实验的角度，提出了一种等离子体加工光学表面试验平台的设计方案并对之进行论证。试验平台的结构设计、部件选取、安装调试已经完成。 利用静电探针诊断了不同等离子体源在不同工艺参数下的离子密度和电子温度，得到了这两个参数在工件表面随气压和流量变化的空间分布曲线，分析了工件台接地和不同尺寸等离子体源对它们的影响。实验结果表明离子密度为10<'7>～10<'9>cm<'-3>，电子温度在3～10ev之间；等离子体源高度和口径比值越小，等离子体越稳定；工件台接地时，可以明显增加该处离子密度和电子温度，等离子体源顶端沿径向分布的等离子体参数也得到改善。 在等离子体加工光学表面试验平台系统中用SF<,6>/Ar等离子体对K9玻璃和镀有SiO<,2>膜K9玻璃进行加工。实验结果表明，在相同实验条件下，对于镀有SiO<,2>膜K9玻璃的去除速率是K9玻璃的两倍还要多，并且加工后有更好的面形。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1研究背景

1.2研究内容

1.3超光滑表面加工技术的发展现状

1.3.1浴法抛光（BFP）

1.3.2浮法抛光（FP）

1.3.3聚四氟乙烯抛光（Teflon法抛光）

1.3.4磁流变抛光（RMF）

1.3.5离子束抛光

1.3.6延展性磨削

1.4等离子体加工光学表面技术介绍

1.5本文内容安排

2等离子体加工光学表面技术所需的理论基础

2.1等离子体的基本概念

2.1.1等离子体的定义

2.1.2等离子体的产生

2.1.3电子温度和离子温度

2.2射频辉光放电

2.2.1射频辉光放电解析

2.2.2采用射频电源的必要性

2.2.3阻抗匹配网络

2.2.4射频电极的自偏压

2.3气—固相等离子体化学反应

2.3.1等离子体与固体的反应类型

2.3.2等离子体刻蚀中的化学过程

3试验平台的系统设计

3.1系统方案的提出及论证

3.1.1方案的提出背景

3.1.2系统的加工对象及要求

3.1.3系统方案的论证

3.2系统结构设计

3.2.1等离子体源及射频电源的设计

3.2.2真空系统

3.2.3气路系统

3.3系统参数

3.3.1结构参数

3.3.2工作参数

3.4系统的安装使用

3.4.1系统的安装使用

3.4.2等离子体抛光的工作过程

3.5小结

4等离子体参数特性诊断

4.1静电探针诊断原理

4.1.1静电单探针的使用条件

4.1.2探针诊断装置

4.1.3静电单探针伏安特性曲线获得等离子体参数

4.2等离子体参数诊断

4.2.1比较不同尺寸的等离子体源的电子温度和离子密度

4.2.2随气压变化时等离子体源电子温度和离子密度的变化情况

4.2.3随气流变化时等离子体源电子温度和离子密度的变化情况

4.2.4基片后无接地电极时离子密度和电子温度沿轴向不同位置的变化情况

4.2.5基片一半被金属层覆盖时离子密度和电子温度沿轴向不同位置的变化情况

4.2.6基片后接圆形接地电极时离子密度和电子温度沿轴向不同位置的变化情况

4.2.7基片后接圆形接地电极和不接接地电极时离子密度和电子温度沿轴向不同位置的变化情况的比较

4.3小结

5实验与结果分析

5.1实验装置

5.2实验步骤

5.3实验结果与分析

5.4小结

6结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢