中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所精密光學(xué)制造與檢測(cè)中心在數(shù)字化超精密子孔徑拋光邊緣效應(yīng)創(chuàng)成機(jī)制及預(yù)測(cè)中取得新進(jìn)展。研究證明了工具在邊緣運(yùn)動(dòng)時(shí)材料去除機(jī)制服從‘卷積’運(yùn)算規(guī)律，首次提出了非線性邊緣卷積核的概念，從而極易適應(yīng)復(fù)雜的邊緣情況。同時(shí)提出了力矩平衡約束和基本壓強(qiáng)分布來定量預(yù)測(cè)工具線性傾斜和工具不平整引起的壓強(qiáng)變化。該研究成果大大提高了光學(xué)加工邊緣誤差的預(yù)測(cè)及補(bǔ)償能力，對(duì)提高工具邊緣加工的質(zhì)量有著重要的指導(dǎo)意義，為未來智能光學(xué)制造的發(fā)展打下基礎(chǔ)。相關(guān)成果發(fā)表于Optics Express（《光學(xué)快報(bào)》）上。
隨著現(xiàn)代光學(xué)技術(shù)的發(fā)展，工件邊緣部分的面形誤差對(duì)光學(xué)系統(tǒng)的性能愈發(fā)重要。拼接式光學(xué)系統(tǒng)由于其邊緣的總長度比傳統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)要長得多，因此邊緣表面質(zhì)量決定了光學(xué)系統(tǒng)的性能，如歐洲超大望遠(yuǎn)鏡（E-ELT）、巨型麥哲倫望遠(yuǎn)鏡（GMT）和詹姆斯韋伯空間望遠(yuǎn)鏡（JWST）。此外，光刻和高功率激光系統(tǒng)中使用的各種光學(xué)元件（如正多邊形、細(xì)長矩形、有孔光學(xué)元件等）也對(duì)邊緣表面質(zhì)量有著極高的要求，以最大的限度提高系統(tǒng)性能。然而，由于缺乏理論建模指導(dǎo)，復(fù)雜邊緣面形精度是最難控制的區(qū)域?，F(xiàn)有的邊緣模型只能依靠多項(xiàng)式擬合來逼近直線邊緣去除函數(shù)（TIF），但該方法的普適性及精度均難以滿足實(shí)際加工需求。
針對(duì)該問題，研究基于材料力學(xué)理論分析證明了非線性壓力可以通過邊緣輪廓與對(duì)應(yīng)核函數(shù)的卷積來表征，從而極易適應(yīng)復(fù)雜的邊緣情況，同時(shí)建立了核函數(shù)獲取算法。此外驗(yàn)證了邊緣線性壓強(qiáng)分布受力矩平衡影響并給出了解析約束方程，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜邊緣下線性壓強(qiáng)分布的求解，為表征工具本身接觸狀態(tài)引起的去除特性，研究提出了‘基礎(chǔ)壓強(qiáng)分布’參量實(shí)現(xiàn)了工具形狀引起的去除畸變定量補(bǔ)償。以上三大模塊的有機(jī)整合使得復(fù)雜的邊緣去除實(shí)現(xiàn)了精確而高效的模擬預(yù)測(cè)；這對(duì)復(fù)雜光學(xué)元件邊緣誤差收斂能起到重要作用，大大提高現(xiàn)有加工手段的制造能力。
相關(guān)工作得到了上海市揚(yáng)帆計(jì)劃、國家自然基金、中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)的支持。
圖1 復(fù)雜光學(xué)元件去除函數(shù)理論預(yù)測(cè)和實(shí)際測(cè)量結(jié)果間比較
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