Оптическое производство и тестирование: изготовление и контроль оптических компонентов. Шлифовка, полировка линз – ключевые этапы. Высокое качество оптики.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Производство и испытание оптических компонентов – это процесс изготовления и контроля оптических элементов. Он охватывает широкий спектр производственных процедур и схем оптических испытаний. Изготовление обычной сферической линзы обычно начинается с придания оптике приблизительной формы путем шлифовки стеклянной заготовки. Это можно сделать, например, с помощью кольцевых инструментов. Далее поверхность линзы полируется до окончательной формы. Как правило, это выполняется методом притирки – вращением и трением необработанной поверхности линзы о инструмент с требуемой формой поверхности, между которыми находится смесь абразивов и жидкости. Обычно для полировки поверхности линзы используется резьбовой инструмент из пек. Смесь абразивов называется шлифовальной пастой и обычно изготавливается из оксида церия или циркония в воде с добавлением смазочных материалов для облегчения движения инструмента без прилипания к линзе. Размер частиц в пасте регулируется для достижения требуемой формы и качества поверхности. К видам притирки относятся планетарная, двусторонняя и цилиндрическая притирка. В процессе полировки линзу могут проверять, чтобы убедиться в формировании требуемой формы и подтвердить, что конечная форма соответствует заданным требованиям по точности. Отклонение оптической поверхности от идеальной формы обычно выражается в долях длины волны света, выбранной для удобства (например, длины волны, на которой линза будет использоваться, или видимой длины волны, для которой доступен источник). Недорогие линзы могут иметь отклонения формы до нескольких длин волн (λ, 2λ и т.д.). Более типичные промышленные линзы имеют отклонения не более четверти длины волны (λ/4). Высокоточные линзы для применения в лазерах, интерферометрах и голографии имеют поверхности с толерантностью в одну десятую длины волны (λ/10) или меньше. Помимо профиля поверхности, линза должна соответствовать требованиям к качеству поверхности (царапины, сколы, дефекты и т.д.) и точности размеров.
Optical manufacturing and testing is the process of manufacturing and testing optical components. It spans a wide range of manufacturing procedures and optical test configurations. The manufacture of a conventional spherical lens typically begins with the generation of the optic's rough shape by grinding a glass blank. This can be done, for example, with ring tools. Next, the lens surface is polished to its final form. Typically this is done by lapping—rotating and rubbing the rough lens surface against a tool with the desired surface shape, with a mixture of abrasives and fluid in between. Typically a carved pitch tool is used to polish the surface of a lens. The mixture of abrasive is called slurry and it is typically made from cerium or zirconium oxide in water with lubricants added to facilitate pitch tool movement without sticking to the lens. The particle size in the slurry is adjusted to get the desired shape and finish. Types of lapping include planetary lapping, double sided lapping, and cylindrical lapping. During polishing, the lens may be tested to confirm that the desired shape is being produced, and to ensure that the final shape has the correct form to within the allowed precision. The deviation of an optical surface from the correct shape is typically expressed in fractions of a wavelength, for some convenient wavelength of light (perhaps the wavelength at which the lens is to be used, or a visible wavelength for which a source is available). Inexpensive lenses may have deviations of form as large as several wavelengths (λ, 2λ, etc.). More typical industrial lenses would have deviations no larger than a quarter wavelength (λ/4). Precision lenses for use in applications such as lasers, interferometers, and holography have surfaces with a tenth of a wavelength (λ/10) tolerance or better. In addition to surface profile, a lens must meet requirements for surface quality (scratches, pits, specks, etc.) and accuracy of dimensions.
Свободная абразивная шлифовка
Свободная абразивная шлифовка — это техника для шлифования поверхности материала перед полировкой. Она заключается в использовании мелких абразивных частиц для удаления небольших сколов материала с поверхности оптической детали. Эти абразивные частицы называются свободными абразивами. Частицы добавляются в жидкую суспензию, которая помещается между шлифовальной пластиной и материалом. Используются скользящие движения между шлифовальной пластиной и материалом. После шлифовки на поверхности остаётся небольшая шероховатость, зависящая от размера абразивных частиц. Также возникает небольшое количество микротрещин под поверхностью материала, известное как подповерхностные повреждения (SSD).
Free abrasive grinding is a technique to grind down the surface of a material before polishing. It involves the use of small particles of grit to grind away small chips of material from the surface of an optical workpiece. The grit particles are known as free abrasives. The particles are added to a liquid slurry, which goes between a grinding plate and the material. Sliding motions between the grinding plate and the material are used. After grinding, there is a small amount of surface roughness, which is based on the size of the grit. There is also a small amount of fracturing below the surface of the material, known as subsurface damage (SSD).
Полировка
Оптические элементы полируются в суспензии, состоящей из абразивных частиц, жидкого носителя и, опционально, добавок. В качестве абразивных частиц могут использоваться оксид церия(IV), алмаз, оксид алюминия и коллоидная кремнеземная суспензия. Фторид кальция (CaF2) может применяться как оптический материал, хотя он легко подвержен сколам и царапинам. Спецификации для асферических линз включают радиус кривизны с допуском, конические и полиномиальные коэффициенты, опорную сферу наилучшего соответствия, опорную таблицу сагитты, допуск на ошибку сагитты, ошибки наклона в зависимости от полосы пропускания, волновой фронт для заданного теста, наклон и смещение.
Optics are polished in a slurry of abrasive particles, a fluid carrier, and optional additives. Types of abrasive particles that can be used include cerium(IV) oxide, diamond, aluminum oxide, and colloidal silica. Calcium fluoride (CaF2) can be used as an optical material, although it is easily fractured and scratched. Specifications for aspheric lenses include base radius with tolerance, conic and polynomial coefficients, best fit sphere reference, sag table reference, sag error tolerance, slope errors versus bandwidth, wavefront per specified test, tilt, and decenter.
Качество поверхности
Качество поверхности – это состояние поверхности оптического элемента. Оно указывает на наличие дефектов, таких как царапины и сколы. Обычно оно оценивается в соответствии со спецификациями "скретч-диг" (S D). Стандарты для определения качества поверхности включают в себя военную спецификацию США MIL PRF 13830B и ISO 10110. Интерферометрия со сшивкой может использоваться для тестирования асферических поверхностей. Она предполагает проведение испытаний субапертур, которые объединяются в единое изображение высокого разрешения.
Surface quality is the condition of the surface of an optical component. It indicates the presence of imperfections, such as scratches and pits. It is typically rated according to scratch dig (S D) specifications. Standards for specifying surface quality include the U. S. Military Performance Specification MIL PRF 13830B and ISO 10110. Stitching interferometry can be used for testing aspheres. It involves performing subaperture tests that are stitched together into a single high resolution image.
Примечания и ссылки
Малакара, Д., Испытание оптических мастерских. 2-е издание, John Wiley and Sons, 1992.
Malacara, D., Optical Shop Testing 2nd Edition, John Wiley and Sons, 1992,