[討論]國內光學加工的突破口在哪里？ [復制鏈接]

目前，一些承接品種單一，外貿訂單數(shù)量大的企業(yè)抵御國際金融危機影響的能力很差。相關企業(yè)急需調整產(chǎn)業(yè)結構，尋求新的多樣生產(chǎn)品種，促使生產(chǎn)轉型，獲得新的生機。面對這種局勢，我國光電信息產(chǎn)業(yè)如何轉危機為機遇？產(chǎn)業(yè)的當務之急是什么？我認為我們應該抓住熱點產(chǎn)業(yè)，抓住熱點課題，從難從嚴，重點突破，尋求新產(chǎn)業(yè)的新發(fā)展。 34Cnbtq^  
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　　那么，當前我國光學加工的熱點又有哪些呢？我的看法是四個字：小、大、硬、精。 J~n|5*cz  
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　　1“小”—微小型光學元件 =dsEt\ j  
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　　微小型光學元件包括小透鏡、小型非球面透鏡（玻璃和塑料材質）、微小棱鏡、微小平面鏡及透鏡陣列板、棱鏡陣列板等。 G4rzx%W?  
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　　近年來，光電信息產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，IT 行業(yè)迅速崛起，數(shù)碼相機、投影儀、數(shù)碼掃描儀、光通訊光學元件等產(chǎn)品的需求量逐步增加，機型向微型化發(fā)展，形成了龐大的新興產(chǎn)業(yè)———微光學產(chǎn)業(yè)。 -2(?O`tZ  
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　　我國光電信息產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)品設計及軟件和國際水平相差不遠，差距較大的是材料、工藝和制造水平，我們應該在這三個方面加大投入進行重點研究。其中，小透鏡的下擺機加工工藝與成像塑料非球面透鏡的注射成型工藝應該是重中之重。 L|L|liWd  
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　　1.1 小透鏡的下擺機加工工藝 <EQaYZY=  
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　　大中球面透鏡通常采用準球心精磨與拋光，即繞近似球心拋光。從動力學上分析，這種技術存在壓力分布不均勻的現(xiàn)象，加工質量穩(wěn)定性差。而小球面的下擺機加工實質是繞精確球心完成精磨與拋光運動的單片加工，加工比壓高，加工速度快而且質量高，穩(wěn)定性好。 ;xiwyfqgE  
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　　下擺機的上軸僅向下運動，與下軸和下軸轉軸嚴格交于一點，從而保證了下軸可以精確擺動，精確度達到0.01 mm，并不會隨透鏡表面的磨耗而變化。加工過程中，透鏡的厚度可從百分表中讀取，精確度達到±0.01 mm。利用下擺機精磨并拋光口徑為7 mm 鏡片的一面，用時2 min 左右，加工速度比上擺機快很多。 IsShAi  
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　　1.2 成像塑料非球面透鏡的注射成型工藝 Xs# _AX  
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　　我國用于照明和聚光的塑料非球面注射成型的生產(chǎn)工藝已經(jīng)比較成熟，也有不少制作模芯的金剛車床，同時對于塑料非球面的需求量也是越來越大，例如數(shù)碼相機鏡頭、數(shù)碼掃描鏡頭等都要用到塑料非球面透鏡。然而目前塑料非球面透鏡質量過關的并不多。只要我們認真研究非球面面形的測量手段，例如英國的Formtalysurf 輪廓儀、美國的子孔徑干涉儀和環(huán)帶干涉儀等，這項工藝是可以得到突破的。 ^#Mp@HK  
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        2“大”—大型玻璃平面、大透鏡和大型非球面鏡 <QO1Yg7}  
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　　電視液晶屏幕或等離子屏幕、“神光III”、航攝鏡頭、空間相機、光刻鏡頭、大天區(qū)面積多目標光纖光譜天文望遠鏡（LAMOST）及將來可能制造的20 m 自適應光學天文望遠鏡中都有很多高要求的大玻璃平面和大鏡面。 ^<;CIXo  
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　　針對這些領域，我國有不少單位引進了大型平面、球面和非球面數(shù)控機床。例如，南京天文儀器研制中心引進了美國3.2 m 環(huán)拋機；成都精密光學工程中心引進了俄國500 mm 大平面金剛石飛切銑床及多臺三軸、四軸和五軸數(shù)控光學研磨機；籌建中的上�，F(xiàn)代先進超精密制造中心正在引進一系列400 mm超精加工與檢測光學平面、球面與非球面設備，這些機床都是制造大型光學元件的必要設備。 /zb/am1#  
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　　除此之外，我國還陸續(xù)開展了對大型平面、球面和非球面數(shù)控機床的研制工作。例如，南京利生光學機械有限公司研制成功的4 m 主動式精密數(shù)控環(huán)拋機是目前我國最大的拋光機；哈工大研制了600 mm晶體超精金剛石飛切平面銑床和600 mm 非球面超精加工機床；航天303 所研制了Nanosys 300 非球面機；諾斯泰格研制了PPS 100 高精度平面光學數(shù)控快速拋光機。值得一提的是，國防科技大學的國內首臺500 mm 離子束加工設備的研制工作也取得很大進展，為超精大型光學件的制造提供了條件。我國大型精密光學元件和光學鏡面或光學鏡頭的研制工作主要是在研究所和大專院校中進行。例如，成都精密光學工程中心、長春光機所、成都光電所、上海光機所、信息產(chǎn)業(yè)部電子第45 所、南京天文儀器研制中心、國防科技大學、蘇州大學和浙江大學等。 -*Rf [|Z  
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　　盡管如此，我國目前的大型精密光學元件、鏡面與光學鏡頭仍不能滿足需要。例如，“神五”載人人造衛(wèi)星中的空間相機采用的是俄制碳化硅鏡面，此外我國光刻鏡頭也沒有達到國際水平，仍需要較大的投入。 09trFj$L
 
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　　3“硬”—硬質光學晶體 +3o0GJ  
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　　碳化硅（SiC）的莫氏硬度為9.5，密度低、膨脹系數(shù)低，是各向同性的六角晶體，為新興的航天光學材料。藍寶石/紅寶石（Al2O3）的莫氏硬度為9，是各向異性的六方晶體，為貴重的光學材料。紅寶石是固體激光器發(fā)光物質，藍寶石與紅寶石是紅外窗材料，藍寶石同時又是很好的襯底材料。藍寶石的折射率高、硬度高、色彩艷麗，又是貴重的裝飾品及“永不磨損”的高檔表面材料。摻釹釔鋁石榴石（YAG）的莫氏硬度為8~8.5，是近紅外固體激光物質材料。石英晶體（SiO2）的莫氏硬度為7，是各向異性六方晶體，為紫外與紅外領域的優(yōu)質光學材料。目前最熱門的是碳化硅和紅、藍寶石的光學加工。 6wj o:I  
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　　SiO2 材料的熔制、表面改性與光學加工在我國尚處于開發(fā)研究階段。上海硅酸鹽研究所、西安光機所、上海技物所與南京天文光學技術研究所的攻關研究已經(jīng)取得可喜進展。目前，我國已經(jīng)研制出口徑為520 mm 的SiO2 成像非球面鏡，正向口徑為800 mm 的方向發(fā)展。 "]kzt ux  
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藍寶石硬度高，加工方法特殊，工藝方法有很多創(chuàng)新，重點是在精磨拋光上。磨料和拋光料可以用金剛石研磨膏或金剛石微粉， 其粒度為w1，w0.5，w0.25，甚至更；也可以用金剛石微粉拋光皮。磨模拋光�？梢杂娩撃！⒔饎偸�模、樹脂銅�；驅毷�模。此外，SiO2 化學拋光液也可以取得很好的效果。 sNcU>qjj6  
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　　4“精”—超精光學鏡頭或光學元件 Bpm COA  
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　　4.1 超精光學表面加工工藝 TfT^.p*  
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　　光學表面對面形精度及表面粗糙度的要求越來越高，光學鏡頭（紫外光刻鏡頭等）也需要有接近衍射極限的成像質量，這些都促使超精加工中出現(xiàn)了一批新的加工工藝與方法，包括：計算機數(shù)控小工具光學表面加工（CCOS）、磁流變拋光（MRF）技術及離子束拋光（IBF） 技術。20 世紀80 年代，我國開始研究CCOS，現(xiàn)在技術已經(jīng)成熟；20 世紀90 年代，我國開始研究MRF 技術，目前也有很大進展。近幾年，美國QED Technologies 公司也開始提供MRF 技術和設備。同時，國防科技大學也利用IBF 技術修飾光學表面，粗糙度達到了1 nm。 ib#rT{e  
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　　數(shù)字波面干涉儀是檢測面形精度的主要儀器，我國在1985 年完成了第一臺樣機的研制。近幾年，南京理工大學研制了小型球面干涉儀，造價低，使用方便，市場占有率很高，他們最近又為"神光Ⅲ"研制出口徑為600 mm 的紅外干涉儀。在測量非球面面形方面，國外提出了子孔徑干涉法和環(huán)帶法，平面、球面或者非球面都可以用干涉儀直接測量面形。 HR"clD\{Di  
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　　4.2 超精光學鏡頭的超精裝校技術 =0
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　　超精光學裝校是生產(chǎn)接近衍射極限光學鏡頭的另一個重要保證。超精定中心專用立式裝校車床是超精光學裝校的關鍵。 ,Y
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　　國內最早的裝較儀是成都光電所生產(chǎn)的口徑為500 mm 的精密定心裝校儀。儀器主軸是超精密軸承結構，徑向跳動和軸向跳動都達到1μm。現(xiàn)在國外這類定心機床中的液體靜壓軸承徑向跳動已達到了0.1μm，空氣軸承徑向跳動已達到0.05μm。 Gf3-%s xA  
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　　超精光學裝校以機床主軸為基準，全部鏡片的球心都交在機床主軸上，從而達到以光軸為基準的超精裝校。在裝校過程中還可以按照鏡頭成像要求來進行調整。超精鏡頭是光學鏡頭的最高要求，典型代表是紫外光刻鏡頭、干涉儀標準鏡頭、望遠鏡校準鏡頭與空間相機等。 @s cn ?t  
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　　我國近期開展的193 nm 超紫外光刻鏡頭給光學設計、光學加工和光學裝校帶來了很大的挑戰(zhàn)。據(jù)初步估測，如果要完成該鏡頭給定的設計指標需要30多個鏡片，所用光學材料主要為硬質石英玻璃與軟質的氟化鈣（CaF2）晶體。顯然這種材料的表面應該是超光滑級，表面面形超精密級，加工難度非常大，而光學裝校也就不言而喻了。浙江大學現(xiàn)代光學儀器重點實驗室?guī)啄昵把兄瞥晒α舜竺娣e投影光刻物鏡，其技術指標是：通光口徑為280 mm，數(shù)值孔徑NA 為0.08，曝光波長為365 nm，景深為0.25μm，線視場為203.2 mm，分辨率小于等于2.5μm（理論極限值）。這一類超高精度物鏡的制造技術也是光電行業(yè)內普遍關注的熱點問題。 _s#]WyU1g  
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        5 結束語 =v?P7;T  
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　　應對國際金融危機，我國光電信息產(chǎn)業(yè)應該調整企業(yè)的產(chǎn)業(yè)結構，針對光學工藝的熱點問題，結合企業(yè)的實際情況，從“小、大、硬、精”四個方面選擇突破點，培植新的GDP 增長點，使國際金融危機帶來的負面影響降低到最小。 FXDB> }8  
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