離子束拋光設(shè)備現(xiàn)狀

離子束拋光是一種超精密的光學(xué)加工技術(shù)。與傳統(tǒng)拋光工藝不同的是，離子束拋光一種原子量級上的無應(yīng)力、非接觸式拋光，其基本原理是，在真空狀態(tài)下利用具有一定能 量的惰性氣體（比如氬氣）離子轟擊工件表層，通過物理濺射效應(yīng)去除表層材料。這種加 工方式避免了傳統(tǒng)工藝中因預(yù)壓力所產(chǎn)生的表層或亞表層損傷，同時(shí)由于真空環(huán)境潔凈度 很高，加工過程當(dāng)中不會引入雜質(zhì)污染。另外，離子束拋光可用于制作超光滑表層，目前，離子束拋光的光學(xué)元件均方根RMS精度最高可達(dá)0. 1~0. 2納米。由于它具備高精度、無損傷 和超光滑等優(yōu)點(diǎn)，離子束拋光技術(shù)被廣泛應(yīng)用于精密光學(xué)元件加工和制造，特別是光學(xué)元件加工。

離子束拋光的加工尺寸范圍很廣，從毫米級的光學(xué)透鏡到米級的天文望遠(yuǎn)鏡都適用。然而，不同尺寸的光學(xué)元件一般要求使用不同規(guī)格的離子束拋光設(shè)備。對于大尺寸的拋光應(yīng)用，往往需要專門定制大型的離子束拋光設(shè)備。這種設(shè)備價(jià)格昂貴，用途比較單一。

在現(xiàn)有的離子束拋光設(shè)備中，離子束轟擊在光學(xué)元件上的方式有兩種。第一種是離子源發(fā)出的離子束直接轟擊在光學(xué)元件上，第二種是離子源發(fā)出的離子束經(jīng)由一具有固定形狀通孔的擋板后，成為具有一定橫截面形狀且強(qiáng)度比較均勻的離子束，而后轟擊在光學(xué)元件上。相比于第一種方式，第二種方式可控性強(qiáng)，拋光效果好，已經(jīng)成為離子束拋光普遍采用的設(shè)備。然而，隨著對拋光精度的要求越來越高，其可控性已經(jīng)不可滿足要求。

此外，在現(xiàn)有離子束拋光技術(shù)中，離子束的掃描軌跡一般可分為兩種形式：一種是 S形光柵掃描式；另一種是螺旋形掃描式。對于S形光柵掃描，其掃描距離長， 比較耗時(shí)，而螺旋形掃描只適用于處理圓形基片。

除了對加工設(shè)備的要求，離子束拋光過程的軌跡優(yōu)化也是一個(gè)關(guān)鍵部分。離子束拋光是一種確定性的加工方法。在拋光過程當(dāng)中，離子束束斑沿一定的軌跡在工件表層進(jìn)行 掃描，計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制束斑的行走速度和加速度，從而改變了工件上各點(diǎn)的駐留時(shí)間和拋 光深度。駐留時(shí)間的求解一般是通過反卷積運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)的，而反卷積問題是個(gè)病態(tài)問題，如 果再考慮離子束拋光設(shè)備機(jī)械部件的動力學(xué)極限，這種傳統(tǒng)求解方法存在一定的難度。