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韭菜花音乐|“磨玻璃”的那些事（二）丨流光E彩

原创余慕欣万勇建中科院之声昨天
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#流光E彩
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语音播报来自中科院之声00:0004:34
编者按：半个世纪光电情 ， 披星戴月星辰明 。 中科院之声与中国科学院光电技术研究所联合开设“流光E彩”科普专栏 ， 讲述生活中的光电科普趣事 ， 传播最生动的光电知识 ， 展示最前沿的光电进展 。
一、高速研抛技术和模压制造技术
上世纪90年代 ， 随着数码相机类的消费光学的迅猛发展 ， 促进了高速研抛光学加工技术的全球快速扩展 。 下摆式高速抛光技术 ， 采用球心式原理工作 ， 主轴高速旋转的同时做摆动往复摆动 ， 通过抛光液在透镜与抛光模具之间流动 ， 实现透镜的光学加工 。 其主要特点是能够使得压力保持球心方向稳定 ， 从而实现了透镜类零件的大规模低成本制造 。
韭菜花音乐|“磨玻璃”的那些事（二）丨流光E彩
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韭菜花音乐|“磨玻璃”的那些事（二）丨流光E彩
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下摆式高速抛光技术（图片来自网络）
随着手机镜头的迅速发展 ， 数码相机的衰落 ， 相应的镜头透镜组的制造也因为尺寸和成本的驱动 ， 发展出模压成型技术 。 模压成型技术是把软化的光学塑料、低熔点玻璃放入高精度的模具中 ， 在加温加压和无氧的条件下 ， 一次性直接模压成型出达到使用要求的光学零件 。 这项技术自80年代中期开发成功至今已有二十几年的历史了 。
模压成型技术的流程（图片来自网络）
【韭菜花音乐|“磨玻璃”的那些事（二）丨流光E彩】二、数控光学加工技术
CNC数控光学加工技术（图片来自网络）
CNC数控光学加工技术 ， 全称是计算机辅助控制光学加工技术 。 上世纪七十年代美国计算机控制发展促进了数控光学加工的发展 ， 满足了大口径光学望远镜对于非球面镜的制造效率和质量的需求 。 最初是用一个远小于镜面的磨削工具 ， 采用计算机规划工具的路径 ， 遍历整个镜子的方式 ， 实现整个镜面面型的精确控制加工的方法 。 随后 ， 发展出了能动磨盘加工技术、气囊加工技术等等 。
单镜主镜空天望远镜 。
左图：哈勃；中图：可见光-红外线甚大天文望远镜VISTA；右图：甚大望远镜VLT（图片来自网络）
拼接主镜空天望远镜 。
左1：大麦哲伦望远镜GMT；左2：欧洲甚大望远镜E-ELT；右1：加拿大三十米望远镜TMT；右2：詹姆斯韦伯空间望远镜（图片来自网络）
这类方法典型应用主要应用于诸如哈勃望远镜、VISTA、VLT等望远镜的加工 ， 最大的单个镜面的口径有8.2米 。 近些年 ， 全球已经启动了一批30-40米口径的望远镜 ， 如GMT、E-ELT、TMT等等 。 中国最大的正在建造的望远镜是12米 。
这类大口径非球面望远镜镜面的加工过程 ， 基本流程也与传统的加工流程一样 ， 只不过在加工手段的数控确定性、测量的数据准确性方面有质的飞跃 。
哈勃望远镜主镜（2.4m口径 ， 非球面）（图片来自网络）
亚利桑那大学LBT主镜（口径8m ， 非球面）（图片来自网络）
在上世纪九十年代中后期 ， 国内的中科院长春光机所、光电技术研究所、浙江大学等单位也开始了中国的数控光学加工技术的研究发展 ， 至今 ， 我们已经具备了4m的大口径镜面的制造能力 。
三、能流束超高精度加工技术
超高精密光学元件加工技术（图片来自网络）
能流束超高精度加工技术 ， 首先提出这个说法的是国防科技大学 。 其主要背景是 ， 光刻机曝光光学系统的光学零件的最后纳米精度加工手段中 ， 主要是离子束抛光技术、磁流变抛光技术、射流抛光技术 ， 都不是一些传统近固态的抛光模具 ， 其加工和检测都已经达到原子级的精度 。 这里有一个例子 ， 蔡司（zeiss）一个450mm直径的镜面 ， 面型精度是50pm ， 相当于850km见方的区域内高低偏差只有75微米 。


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