基于离子束的离轴双曲面加工技术研究

【摘要】：现代科学中,光学系统的设计与制造一直是光学科学领域研究的重点,而非球面在光学系统中的应用越来越广泛,其中离轴双曲面在众多光学系统中更是起着至关重要的作用,而离轴量和非球面度的存在影响着它的加工质量,从而影响光学系统的成像质量。离子束加工作为非接触的确定性抛光手段,在高精度的光学元件制造中越来越受到重视,本文使用离子束加工的手段,对离轴双曲面的加工工艺进行研究。针对优化的离轴双曲面进行最接近球面求解,基于离轴卡氏系统的设计要求,对系统进行设计优化,并针对作为次镜的离轴双曲面的设计结果,对口径为?40mm,离轴量为40mm,圆锥系数为-9.584,顶点曲率半径为-920mm的离轴双曲面进行最接近球面的求解,得到最小材料去除量;基于一维搜索法求解得到最接近球面,对离轴双曲面的最接近球面进行计算求解,得到最接近球面曲率半径为938.7061mm,最大的非球面度为3.815μm。基于射频离子源的特性,使用法拉第杯和单点刻蚀的方法确定了K9材料的离子束去除函数,通过驻留时间仿真和工艺实验得到K9材料加工工艺参数。最后进行了离轴双曲面加工工艺实验与检测。确定了大束径和小束径串联的方式对元件进行加工工艺实验;使用离轴Hindle球法对离轴双曲面进行检测,最终测得离轴双曲面的RMS值为0.026λ,PV值为0.401λ,满足加工指标要求,通过对离轴双曲面的加工工艺探索,得到较成熟稳定的离轴双曲面离子束加工工艺技术,为离轴双曲面的高精度加工提供技术支持。