超细密机器加工技能在微光学元件制造中的应用

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　　微光学是一门属于多门前沿学科交织范畴的新兴科学。微光学借助于微电子产业技能的最新研究结果，是国际上最前沿研究偏向之一，并具有遍及的应用前程。

　　微光学元件(MOC)，指面形精度可达亚微米级，外貌粗糙度可达纳米级的自由光学曲面及微布局光学元件。自由光学曲面包罗有反转展转轴的反转展转非球面(如抛物面、渐开面等)，和没有任何对称轴的非反转展转非球面。

　　微布局是指具有特定功效的微小外貌拓扑形状，如凹槽、微透镜阵列等，如图1所示的微金字塔布局外貌。

　　图1微金字塔布局

　　这些布局决定了对光芒的反射，透射或衍射性能，便于光学计划者优化光学体系，减轻重量，缩小体积。典范微光学元件如全息透镜、衍射光学元件(DOE)和梯度折射率透镜等，将这些微光学元件应用在种种光电子仪器中，可以使光电子仪器及其零部件越发小型化、阵列化和集成化。

　　1.2微光学元件的应用

　　微光学元件是制造小型光电子体系的要害元件，它具有体积小、质量轻、造价低等长处，而且可以大概实现平凡光学元件难以实现的微小、阵列、集成、成像和波面转换等新功效。随着体系小型化不停的成为一种趋向，险些在全部的工程应用范畴中，无论是当代国防科学技能范畴，照旧平凡的产业范畴的应用远景。

　　军用方面，西方国度在70年月以后研制和生产的军用光电体系，如军用激光装置、热成像装置、微光夜视头盔、红外扫描装置、导弹引导头和种种变焦镜头，均已在差别水平上接纳了非球面光学零件。

　　在一样通常民用光电体系方面，自由非球面零件可以大量地应用到种种光电成像体系中。如飞机中提供飞行信息的表现体系；摄象机的取景器、变焦镜头；红外广角地平仪中的锗透镜；录像、灌音用显微物镜读出头；医疗诊断用的间接眼底镜，内窥镜，渐进镜片等。

　　微布局光学元件应用更是遍及，如光纤毗连器中的微槽布局，液晶表现屏的微透镜阵列，及用于激光扫描的F-theta镜片，激秃顶的分光器等，这些微布局光学元件在很多我们一样寻常利用的产物中都有应用，好比手机、掌上电脑、CD和DVD等。

　1.3微光学元件加工要领

　　由于受应用需求的驱动，对微光学元件加工技能的研究也在不停深入，出现了多种当代加工技能，如电子束写技能、激光束写技能、光刻技能、蚀刻技能、LIGA技能，复制技能和镀膜技能等，此中最为成熟的技能是蚀刻技能和LIGA技能。

　　这些技能根本都是从微电子元器件的微细加工技能生长而来，但与电子原件差别，三维成型精度和装置精度对光学元件来说是至关紧张的，将会直接影响其性能，因此这些要领各自都有它自身的缺陷和利用的范围性。

如由于视场深度的限定，光刻技能仅限于二微布局和小深宽比三维布局的加工；接纳捐躯层蚀刻技能，固然可以实现准三维加工，但易使质料孕育发生内应力，影响终极的机器性能，且设置装备部署造价非常昂贵；LIGA技能利用的高准直度的X射线光源，一样通常要通过同步辐射加快器得到，造价比光刻设置装备部署还要高很多，一样通常实行室和企业都很难包袱得起；

电子束写技能可以大概加工纳米级的细密布局，但服从低，难以举行批量生产。复制技能，包罗热压成型法、模压成型法和注射成型法等，是一种适于批量生产的低本钱技能，但要求其模具具有较高精度和耐用性。

　　微光学元件的另一加工要领是超细密机器加工技能。近来“财产”杂志上有如许一句话：“超细密加工技能对光学元件的作用犹如当初集成电路对电子元件的作用”。这句话固然不无浮夸，却阐明白用超细密机器加工技能举行微光学元件的加工已经引起人们极大的器重。

　　2超细密机器加工技能在微光学元件加工中的应用

　　超细密机器加工技能是利用刀具转变质料形状或粉碎质料表层，以切削情势来到达所要求的形状。如单晶金刚石车削与铣削、磨削、快速切削和机器抛光等。

　　2.1超细密机床要害技能生长

　　盘算机帮助计划技能，尤其是有限元阐发技能的生长，为超细密机床团体布局优化计划提供了方便本领，使得机床刚度和稳固性不停进步。现在单晶金刚石车床的典范布局具有“T”型布局布局，主轴一样通常装在X领导轨上，刀具装在Z领导轨上。

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