米級(jí)大口徑偏振片全頻段面形加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光學(xué)元件加工，特別是一種米級(jí)大口徑偏振片全頻段面形加工方法。技術(shù)背景
[0002]在高功率激光系統(tǒng)中，為獲得理想的光束聚焦質(zhì)量，精密光學(xué)元件面形誤差不僅需達(dá)到良好的低頻面形精度、表面質(zhì)量及超光滑的表面粗糙度指標(biāo)，同時(shí)還需滿足極為嚴(yán)格的中頻波前誤差要求，即波前誤差要求是全頻段的。根據(jù)不同頻段誤差對(duì)光學(xué)性能的影響，NIF中的光學(xué)元件面形誤差被劃分為三個(gè)空間頻段:
[0003]低頻段(誤差空間周期長(zhǎng)度L>33mm)，
[0004]中頻段(33mm^ L ^ 0.12mm)，
[0005]高頻段(誤差空間周期長(zhǎng)度L〈0.12mm)分別達(dá)到相應(yīng)的指標(biāo)要求。
[0006]低頻誤差來(lái)源于系統(tǒng)裝調(diào)和鏡面因制造殘留的緩變誤差，一般描述為系統(tǒng)的波像差，低頻誤差會(huì)影響聚焦光斑的能量集中度和焦面光強(qiáng)分布，最終影響多路激光合成光斑的直徑；表面中頻誤差將導(dǎo)致光束的高頻調(diào)制以及系統(tǒng)非線性增長(zhǎng)，從而造成元件絲狀破壞，降低系統(tǒng)光束的可聚焦功率。高頻誤差已對(duì)系統(tǒng)光束質(zhì)量沒有影響，主要因?yàn)閷?shí)際制造過程中，這一頻段的誤差含量相對(duì)較小，并且不影響焦點(diǎn)處能量分布形式。但是，這一頻段誤差在表面覆膜后不會(huì)被掩蓋，強(qiáng)激光轟擊下，會(huì)降低薄膜的損傷閾值，同時(shí)增加光束的散射損耗。
[0007]偏振片元件配合電光開關(guān)在高功率激光驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)中起光開關(guān)或光隔離，抑制寄生振蕩作用，是ICF激光驅(qū)動(dòng)器中的關(guān)鍵元件之一。偏振片基板的加工難度來(lái)自于大尺寸、超長(zhǎng)寬比，且同時(shí)具有反射和透射全頻段高精度的要求，可以說(shuō)米級(jí)大口徑偏振片是ICF激光驅(qū)動(dòng)器中口徑最大，加工難度最高的白玻璃平面光學(xué)元件。
[0008]針對(duì)米級(jí)大口徑偏振片元件的加工，由于環(huán)形連續(xù)拋光技術(shù)具有優(yōu)異的中高頻誤差控制以及可以實(shí)現(xiàn)多工位批量化的加工能力，環(huán)形拋光技術(shù)成為高精度大口徑平面元件加工的主要技術(shù)途徑之一。但國(guó)內(nèi)在環(huán)形拋光技術(shù)方面與國(guó)際先進(jìn)水平的差距明顯，利用現(xiàn)有環(huán)形拋光技術(shù)還不能夠?qū)崿F(xiàn)高精度米級(jí)偏振片元件的高精度制造。這是由于一方面，同圓形元件相比，矩形元件的環(huán)形拋光加工具有明顯的邊緣效應(yīng)，特別是該效應(yīng)易在四個(gè)角的位置發(fā)生。另一方面，對(duì)于大口徑光學(xué)元件的環(huán)形拋光加工過程來(lái)說(shuō)，即使拋光盤的轉(zhuǎn)速很小，由于工件本身的大尺寸和校正盤的自重，摩擦產(chǎn)生的熱量容易積聚，對(duì)面形的控制帶來(lái)十分嚴(yán)重的負(fù)面影響。此外，更為重要的是國(guó)內(nèi)能夠獲得的用于偏振片元件的UBK7材料均勾性最好才達(dá)到3ppm，而偏振片元件的厚度大于90mm，由于均勾性引起的透射波前誤差已大于λ/3 (λ = 632.8nm)要求，利用環(huán)形拋光加工技術(shù)理論上就不可能實(shí)現(xiàn)透射波前的加工要求。
[0009]以計(jì)算機(jī)控制為核心的小工具拋光技術(shù)如小磨頭拋光技術(shù)、磁流變拋光技術(shù)和離子束拋光技術(shù)等，由于具有局部面形修正的能力，可以很好的克服材料折射率非均勻性問題，實(shí)現(xiàn)高精度的低頻段的反射和透射面形加工，但是由于數(shù)控小工具拋光技術(shù)使用了比工件尺寸小的多的磨頭，在工件表面會(huì)產(chǎn)生小尺度的中頻波紋度問題，從而導(dǎo)致所加工的表面中頻段誤差難以達(dá)到要求。因此，單獨(dú)采用環(huán)形拋光或數(shù)控小工具的加工方式都無(wú)法實(shí)現(xiàn)米級(jí)大口徑偏振片全頻段指標(biāo)滿足要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明提供一種米級(jí)大口徑偏振片全頻段面形加工方法，該方法將磁流變拋光技術(shù)與保形光順相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)米級(jí)大口徑偏振片的全頻段面形高精度加工。
[0011]本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下:
[0012]—種米級(jí)大口徑偏振片全頻段面形加工方法，其特點(diǎn)在于該方法包括下列步驟:
[0013]I)、反射面磁流變拋光:利用NUBULA-UPF-60磁流變拋光機(jī)床拋光大口徑偏振片反射面，利用300mm 口徑干涉儀檢測(cè)拋光后的反射面，當(dāng)反射面面形精度達(dá)到0.3 λ -0.2 λ，GRMS達(dá)到λ /90/cm- λ/120/cm時(shí)，進(jìn)入下一步反射面加工；
[0014]2)、反射面保形光順:利用陪拋片(相同尺寸的偏振片)對(duì)2.4m環(huán)拋機(jī)進(jìn)行校正，通過溫度計(jì)控制環(huán)境溫度在20±2°C范圍，利用2.4m環(huán)拋機(jī)對(duì)陪拋片進(jìn)行拋光，通過300mm口徑干涉儀檢測(cè)陪拋片的面形，當(dāng)面形大于0.25 λ時(shí)，繼續(xù)拋光；當(dāng)面形小于0.25λ時(shí)，即校正完畢。校正完畢后，立即取下陪拋片，將大口徑偏振片放至與取下的陪拋片相同的位置，對(duì)反射面進(jìn)行拋光，當(dāng)反射面中高頻誤差PSD1RMS彡1.8nm，PSD2RMS彡1.lnm，表面粗糙度彡Inm時(shí)，則反射面加工完畢，進(jìn)入透射面加工；
[0015]3)、透射面磁流變拋光:利用NUBULA-UPF-60磁流變拋光機(jī)床拋光大口徑偏振片透射面，利用300mm 口徑干涉儀檢測(cè)拋光后的透射面，當(dāng)透射面面形精度達(dá)到0.3 λ -0.2 λ，GRMS達(dá)到λ /90/cm- λ/120/cm時(shí)，進(jìn)入下一步透射面加工；
[0016]4)、透射面保形光順:利用陪拋片(相同尺寸的偏振片)對(duì)2.4m環(huán)拋機(jī)進(jìn)行校正，通過溫度計(jì)控制環(huán)境溫度在20±2°C范圍，利用2.4m環(huán)拋機(jī)對(duì)陪拋片進(jìn)行拋光，通過300mm口徑干涉儀檢測(cè)陪拋片的面形，當(dāng)面形大于0.25 λ時(shí)，繼續(xù)拋光；當(dāng)面形小于0.25 λ時(shí)，即校正完畢，立即取下陪拋片，將大口徑偏振片放至與取下的陪拋片相同的位置，對(duì)透射面進(jìn)行拋光，當(dāng)透射面中高頻誤差PSD1RMS彡1.8nm，PSD2RMS彡1.lnm，表面粗糙度彡Inm時(shí)，則透射面加工完畢。
[0017]本發(fā)明的技術(shù)效果如下:
[0018]本發(fā)明結(jié)合磁流變拋光技術(shù)與保形光順技術(shù)，可以有效的控制米級(jí)大口徑偏振片的加工精度，制造出在高功率激光系統(tǒng)中透反兩面全頻段指標(biāo)達(dá)標(biāo)的米級(jí)大口徑偏振片元件:PV 彡 λ /3，GRMS 彡 7nm/cm，PSD1RMS 彡 1.8nm，PSD2RMS 彡 1.lnm，表面粗糙度彡 lnm。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)說(shuō)明。
[0020]實(shí)施例1
[0021]—種米級(jí)大口徑偏振片全頻段面形加工方法，加工對(duì)象是一片810mmX430mmX 107mm的偏振片基板，初始反射面形精度為0.6 λ ( λ = 632.8nm)，初始透射面形精度為1.3 λ ( λ = 632.8nm)，該方法包括下列步驟:
[0022]I)、反射面磁流變拋光:利用NUBULA-UPF-60磁流變拋光機(jī)床拋光大口徑偏振片反射面，利用300_ 口徑干涉儀檢測(cè)拋光后的反射面，當(dāng)反射面面形精度達(dá)到0.2 λ，GRMS為λ/120/cm時(shí)，進(jìn)入下一步反射面加工；
[0023]2)、反射面保形光順:利用陪拋片(相同尺寸的偏振片)對(duì)2.4m環(huán)拋機(jī)進(jìn)行校正，通過溫度計(jì)控制環(huán)境溫度在20±2°C范圍，利用2.4m環(huán)拋機(jī)對(duì)陪拋片進(jìn)行拋光，通過300mm口徑干涉儀檢測(cè)陪拋片的面形，當(dāng)面形大于0.25 λ時(shí)，繼續(xù)拋光；當(dāng)面形小于0.25λ時(shí)，即校正完畢。校正完畢后，立即取下陪拋片，將大口徑偏振片放至與取下的陪拋片相同的位置，對(duì)反射面進(jìn)行拋光，當(dāng)反射面中高頻誤差PSD1RMS彡1.8nm，PSD2RMS彡1.lnm，表面粗糙度彡Inm時(shí)，則反射面加工完畢，進(jìn)入透射面加工；
[0024]3)、透射面磁流變拋光:利用NUBULA-UPF-60磁流變拋光機(jī)床拋光大口徑偏振片透射面，利用300_ 口徑干涉儀檢測(cè)拋光后的透射面，當(dāng)透射面面形精度達(dá)到0.2 λ，GRMS達(dá)到λ/120/cm時(shí)，進(jìn)入下一步透射面加工；
[0025]4)、透射面保形光順:利用陪拋片(相同尺寸的偏振片)對(duì)2.4m環(huán)拋機(jī)進(jìn)行校正，通過溫度計(jì)控制環(huán)境溫度在20±2°C范圍，利用2.4m環(huán)拋機(jī)對(duì)陪拋片進(jìn)行拋光，通過300mm口徑干涉儀檢測(cè)陪拋片的面形，當(dāng)面形大于0.25 λ時(shí)，繼續(xù)拋光；當(dāng)面形小于0.25λ時(shí)，即校正完畢。校正完畢后，立即取下陪拋片，將大口徑偏振片放至與取下的陪拋片相同的位置，對(duì)透射面進(jìn)行拋光，當(dāng)透射面中高頻誤差PSD1RMS ( 1.8nm，PSD2RMS ( 1.lnm，表面粗糙度彡Inm時(shí)，則透射面加工完畢。
[0026]制造出的米級(jí)大口徑偏振片元件透射面PV為0.3 λ，反射面PV為0.19 λ，GRMS為6.8nm/cm,PSDlRMS為1.76nm，PSD2RMS為0.97nm，表面粗糙度為lnm，全頻段指標(biāo)符合高功率激光系統(tǒng)要求。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種米級(jí)大口徑偏振片全頻段面形加工方法，其特征在于該方法包括下列步驟: 1)、反射面磁流變拋光:利用NUBULA-UPF-60磁流變拋光機(jī)床拋光大口徑偏振片的反射面，利用300_ 口徑干涉儀檢測(cè)拋光后的反射面，當(dāng)反射面面形精度達(dá)到0.3 λ-0.2 λ，GRMS達(dá)到λ/90/cm-λ/120/cm時(shí)，進(jìn)入下一步反射面加工； 2)、反射面保形光順:利用陪拋片對(duì)2.4m環(huán)拋機(jī)進(jìn)行校正，通過溫度計(jì)控制環(huán)境溫度在20±2°C范圍，利用2.4m環(huán)拋機(jī)對(duì)陪拋片進(jìn)行拋光，通過300mm 口徑干涉儀檢測(cè)陪拋片的面形，當(dāng)面形大于0.25 λ時(shí)，繼續(xù)拋光；當(dāng)面形小于0.25 λ時(shí)，即校正完畢，立即取下陪拋片，將大口徑偏振片放至與取下的陪拋片相同的位置，對(duì)反射面進(jìn)行拋光，當(dāng)反射面中高頻誤差PSD1RMS彡1.8nm，PSD2RMS彡1.lnm，表面粗糙度彡Inm時(shí)，則反射面加工完畢； 3)、透射面磁流變拋光:利用NUBULA-UPF-60磁流變拋光機(jī)床拋光大口徑偏振片的透射面，利用300_ 口徑干涉儀檢測(cè)拋光后的透射面，當(dāng)透射面面形精度達(dá)到0.3 λ-0.2 λ，GRMS達(dá)到λ/90/cm-λ/120/cm時(shí)，進(jìn)入下一步透射面加工； 4)、透射面保形光順:利用陪拋片對(duì)2.4m環(huán)拋機(jī)進(jìn)行校正，通過溫度計(jì)控制環(huán)境溫度在20±2°C范圍，利用2.4m環(huán)拋機(jī)對(duì)陪拋片進(jìn)行拋光，通過300mm 口徑干涉儀檢測(cè)陪拋片的面形，當(dāng)面形大于0.25 λ時(shí)，繼續(xù)拋光；當(dāng)面形小于0.25 λ時(shí)，即校正完畢，立即取下陪拋片，將大口徑偏振片放至與取下的陪拋片相同的位置，對(duì)透射面進(jìn)行拋光，當(dāng)透射面中高頻誤差PSD1RMS彡1.8nm，PSD2RMS彡1.lnm，表面粗糙度彡Inm時(shí)，則透射面加工完畢； 5)結(jié)束。
【專利摘要】一種米級(jí)大口徑偏振片全頻段面形加工方法，本發(fā)明方法通過磁流變拋光與保形光順拋光結(jié)合，可以有效的控制米級(jí)大口徑偏振片的加工精度，制造出在高功率激光系統(tǒng)中全頻段指標(biāo)達(dá)標(biāo)的米級(jí)大口徑偏振片元件，透反兩面具體指標(biāo)如下：PV≤λ/3，GRMS≤7nm/cm，PSD1RMS≤1.8nm，PSD2RMS≤1.1nm，表面粗糙度≤1nm。
【IPC分類】B24B1/00, G02B5/30
【公開號(hào)】CN105182459
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510407906
【發(fā)明人】魏朝陽(yáng), 邵建達(dá), 徐學(xué)科, 易葵, 顧昊金, 程鑫
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所
【公開日】2015年12月23日
【申請(qǐng)日】2015年7月13日