一种皮米级高精密光学元件的制备工艺、检测方法及其应用与流程

本发明涉及光学元件制备，特别涉及一种皮米级高精密光学元件的制备工艺、检测方法及其应用。

背景技术：

1、超精密光学元件测量技术是光学元件制造质量管控与精度提升的基石，当前大部分光学企业由于自身实力和观念导致企业普遍关注加工设备能力和短板，而忽视自身光学元件测量能力的搭建和提升，导致皮米级别的光学元件的制备非常困难，为此，我们提出一种皮米级高精密光学元件的制备工艺、检测方法及其应用。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种皮米级高精密光学元件的制备工艺、检测方法及其应用，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种皮米级高精密光学元件的制备工艺，包括以下步骤：

3、步骤一：将原始光学元件材料进行粗加工；

4、步骤二：将初步加工后的光学元件进行高效抛光；

5、步骤三：对高效抛光后的光学元件进行古典抛光；

6、步骤四：对古典抛光后的光学元件进行离子束加工；

7、步骤五：对加工后的光学元件进行检测。

8、优选的，所述原始光学元件为口径60mm的单晶硅和口径100㎜的紫外级熔石英中任意一种，所述步骤一种粗加工的方式包括磨削、抛光和研磨。

9、优选的，所述步骤二中的高效抛光用于去除光学元件亚表面损伤，高效抛光后的光学元件面型精度为rms1/50λ-rms1/100λ(6nm)。

10、优选的，所述步骤三中古典抛光的步骤包括：

11、预抛光检查，在进行古典抛光之前，对高效抛光后的光学元件进行预抛光检查，判断光学元件的表面是否满足进一步古典抛光的要求；

12、选择抛光材料，选择合适的抛光材料和抛光液；

13、机械抛光，使用特定的抛光工具，在机械作用下对光学元件表面进行磨削和抛光；

14、误差检测，古典抛光过程中，使用绝对标定相关测量技术对光学元件进行在线测量和监控。

15、优选的，所述光学元件古典抛光后的面型达到rms1/100λ-1/300λ(2nm)，且高频误差优于0.3nm。

16、优选的，所述步骤四中的离子束加工包括以下步骤：

17、设定收敛加工参数，在进行离子束收敛加工之前，确定加工参数；

18、离子束收敛加工，使用高能离子束对光学元件表面进行精确的去除材料；

19、在线测量和监控，加工过程中，采用绝对标定测量技术对光学元件进行在线测量和监控，并根据检测出的误差对加工参数进行调节，元件精度达到300到800皮米。

20、优选的，所述收敛加工参数包括离子束的能量、聚焦度、扫描速度和扫描模式。

21、优选的，所述步骤五中的用于检测的算法分析软件包括三坐标cmm数据分析软件、数控非球面加工核心算法软件、大口径平面子孔径拼接软件、中高频误差分析软件。

22、本发明还提供了一种皮米级高精密光学元件的检测方法，所述步骤五的检测过程需在具有良好隔振的气浮光学平台上进行，气浮光学平台需放置在抗振地基上，所述光学元件检测环境的温度差为±0.04℃，在测试光学元件时，自标准镜参考面反射的参考光，和自样品被测表面反射的测试光，发生干涉，对干涉条纹光强进行数据计算和分析，就能得到面形或者波前误差的三维分布结果。

23、优选的，所述皮米级高精密光学元件在光学超精密成像系统、空间激光通讯、半导体芯片加工、半导体晶圆检测、生命科学、光学检测计量仪器及检测相关领域的核心光学元件的应用。

24、本发明的技术效果和优点：

25、(1)本发明利用高效、古典和离子束抛光相结合的创新工艺以及使用绝对标定菲索式激光干涉仪和各软件的配合使用，可将口径60nm的单晶硅或口径100nm的紫外级熔石加工制备得到皮米级别的高精密光学元件；

26、(2)本发明利用对中高频误差的分析，中高频误差是指光学元件表面的形态误差的波长范围在几百到几十微米之间，用户可以通过中高频误差的分析定量地了解光学元件表面的中高频误差情况，帮助制造过程中进行优化和调整，以实现更高精密度的光学元件。

技术特征：

1.一种皮米级高精密光学元件的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种皮米级高精密光学元件的制备工艺，其特征在于，所述原始光学元件为口径60mm的单晶硅和口径100㎜的紫外级熔石英中任意一种，所述步骤一种粗加工的方式包括磨削、抛光和研磨。

3.根据权利要求1所述的一种皮米级高精密光学元件的制备工艺，其特征在于，所述步骤二中的高效抛光用于去除光学元件亚表面损伤，高效抛光后的光学元件面型精度为rms1/50λ-rms1/100λ(6nm)。

4.根据权利要求1所述的一种皮米级高精密光学元件的制备工艺，其特征在于，所述步骤三中古典抛光的步骤包括：

5.根据权利要求1所述的一种皮米级高精密光学元件的制备工艺，其特征在于，所述光学元件古典抛光后的面型达到rms1/100λ-1/300λ(2nm)，且高频误差优于0.3nm。

6.根据权利要求1所述的一种皮米级高精密光学元件的制备工艺，其特征在于，所述步骤四中的离子束加工包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的一种皮米级高精密光学元件的制备工艺，其特征在于，所述收敛加工参数包括离子束的能量、聚焦度、扫描速度和扫描模式。

8.根据权利要求1所述的一种皮米级高精密光学元件的制备工艺，其特征在于，所述步骤五中的用于检测的算法分析软件包括三坐标cmm数据分析软件、数控非球面加工核心算法软件、大口径平面子孔径拼接软件、中高频误差分析软件。

9.根据权利要求1-8任意一项所述的一种皮米级高精密光学元件的检测方法，其特征在于，所述步骤五的检测过程需在具有良好隔振的气浮光学平台上进行，气浮光学平台需放置在抗振地基上，所述光学元件检测环境的温度差为±0.04℃，在测试光学元件时，自标准镜参考面反射的参考光，和自样品被测表面反射的测试光，发生干涉，对干涉条纹光强进行数据计算和分析，就能得到面形或者波前误差的三维分布结果。

10.根据权利要求1-9任意一项所述的制备工艺制得的皮米级高精密光学元件，其特征在于，所述皮米高精密光学元件在光学超精密成像系统、空间激光通讯、半导体芯片加工、半导体晶圆检测、生命科学、光学检测计量仪器及检测相关领域的核心光学元件的应用。

技术总结
本发明公开了一种皮米级高精密光学元件的制备工艺、检测方法及其应用，包括以下步骤：将原始光学元件材料进行粗加工，将初步加工后的光学元件进行高效抛光，对高效抛光后的光学元件进行古典抛光，对古典抛光后的光学元件进行离子束加工，对加工后的光学元件进行检测。本发明利用高效、古典和离子束抛光相结合的创新工艺以及使用绝对标定菲索式激光干涉仪和各软件的配合使用，可将材料加工制备得到皮米级别的高精密光学元件。

技术研发人员：杨东来,毛一多,张慧,周正,林春朋,高斯凯
受保护的技术使用者：吉林省巨程智造光电技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16